CN110061353B - 一种小型化Ku全频段卫星天线阵列 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种小型化Ku全频段卫星天线阵列，包括天线本体和对天线本体馈电的馈电结构，所述天线本体由若干天线单元排列而成，所述天线单元包括从上到下叠放设置的上层介质板、中层介质板和下层介质板，所述上层介质板的上表面印制有辐射贴片，所述下层介质板的下表面印制有接地反射板，所述中层介质板上表面印制有接地板，下表面印制有两个馈电方向相反的水平极化馈电微带线和两个馈电方向相同的垂直极化馈电微带线，接地板上与每个水平极化馈电微带线端部垂直的位置分别设有一个垂直矩形缝隙，与每个垂直极化馈电微带线端部垂直的位置分别设有一个水平矩形缝隙，两个水平极化馈电微带线通过水平极化同轴探针连接，两个垂直极化馈电微带线通过垂直极化同轴探针连接，所述水平极化同轴探针和垂直极化同轴探针都连接所述馈电结构。本发明可以获得窄的天线宽度和高的增益。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术，尤其涉及一种小型化Ku全频段卫星天线阵列。
背景技术
近年来,随着卫星通信的广泛应用和快速发展,对于卫星通信系统中的天线设计也提出了更高的要求。抛物面天线广泛用于动中通卫星通信天线系统，但其剖面高。微带天线以其低剖面、重量轻、易共形，易于加工以及馈电方式多样化等特点越来越受到关注，但是双极化天线由于双端口馈电，使天线阵列的设计难以小型化，而且大多数微带天线的馈电网络均设计在为印制板的中间层的微带线，使得天线损耗较大。此外，一些平板双极化天线，外形细长，但其产生的刀形波束宽度较宽，会带来卫星之间的互相干扰。
发明内容
发明目的：本发明针对现有技术存在的问题，提供一种小型化Ku全频段卫星天线阵列，可以获得窄的天线宽度和高的增益。
技术方案：本发明所述的小型化Ku全频段卫星天线阵列，包括天线本体和对天线本体馈电的馈电结构，所述天线本体由若干天线子阵列排列而成，所述天线子阵列包括从上到下叠放设置的上层介质板、中层介质板和下层介质板，所述上层介质板的上表面印制有两个辐射贴片，所述下层介质板的下表面印制有接地反射板，所述中层介质板上表面印制有接地板，下表面印制有两个馈电方向相反的水平极化馈电微带线和两个馈电方向相同的垂直极化馈电微带线，接地板上与每个水平极化馈电微带线端部垂直的位置分别设有一个垂直矩形缝隙，与每个垂直极化馈电微带线端部垂直的位置分别设有一个水平矩形缝隙，两个水平极化馈电微带线通过水平极化同轴探针连接，两个垂直极化馈电微带线通过垂直极化同轴探针连接，所述水平极化同轴探针和垂直极化同轴探针都连接所述馈电结构。
进一步的，所述馈电结构包括从左到右依次固定在一起的第一金属结构件、第一馈电网络介质板、第二金属结构件、第二馈电网络介质板和第三金属结构件，所述第一馈电网络介质板和第二馈电网络介质板上分别在底部印制有一个馈电输入端口，分别在顶部印制有与对应馈电输入端口连接且与天线子阵列数量相等的过渡微带线，所述馈电结构在所述天线本体背面垂直固定，且每一过渡微带线分别连接一个天线本体的同轴探针，实现馈电结构对天线本体的馈电。
进一步的，所述第一馈电网络介质板和第二馈电网络介质板上的馈电输入端口和过渡微带线，分别通过一个功分网络相连。
进一步的，所述天线子阵列由两个缝隙耦合贴片天线单元组成，所述天线子阵列上的两个水平极化馈电微带线的端部与水平极化同轴探针距离长度相差1/2波导波长，实现馈电方向相反，两个垂直极化馈电微带线的端部与垂直极化同轴探针距离长度相等，实现馈电方向相同。
进一步的，所述上层介质板、中层介质板和下层介质板之间通过粘贴片粘合在一起。所述天线子阵列的四个侧边为电镀铜。
有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：通过对馈电网络的设计，实现了小型化一维相位可扫描的双极化天线阵列，并且可以组成二维相位扫描天线阵列；通过将天线子阵列组成一维阵列，使得天线的波束宽度很窄，可以降低卫星之间的互相干扰；本发明可以实现Ku全频段卫星天线的接收；利用悬置微带线与微带线相连最终与同轴探针相连的馈电方式，比传统微带馈电的损耗低，噪声性能好，可以获得高增益。
附图说明
图1为本发明提供的小型化Ku全频段卫星天线阵列的一个实施例的俯视图；
图2为图1中天线单元的放大示意图；
图3为图2的A-A剖面示意图；
图4为图3中上层介质板和中层介质板的三维结构分解示意图；
图5为天线本体和馈电结构的三维结构分解示意图图；
图6为本发明实施例中的两端口的回波损耗仿真结果示意图；
图7为本发明实施例中的水平极化辐射方向图的仿真结果示意图；
图8为本发明实施例中的垂直极化辐射方向图的仿真结果示意图；
图9为采用图1作为基本结构进行排列形成的相位扫描阵列天线的俯视图。
具体实施方式
本实施例提供了一种小型化Ku全频段卫星天线阵列，包括天线本体和对天线本体馈电的馈电结构，如图1所示，天线本体是一维缝隙耦合贴片天线阵列，由8个天线子阵列1排列而成，结合图2、图3和图4，天线子阵列1包括从上到下叠放设置的上层介质板11、中层介质板12和下层介质板13，上层介质板11、中层介质板12和下层介质板13之间通过粘贴片14粘合在一起，上层介质板11的上表面印制有两个辐射贴片 111，下层介质板13的下表面印制有接地反射板131，中层介质板12上表面印制有接地板121，下表面印制有两个馈电方向相反的水平极化馈电微带线122和两个馈电方向相同的垂直极化馈电微带线123，接地板121上与每个水平极化馈电微带线122端部垂直的位置分别设有一个垂直矩形缝隙121a，与每个垂直极化馈电微带线123端部垂直的位置分别设有一个水平矩形缝隙121b，两个水平极化馈电微带线122通过水平极化同轴探针15连接，两个垂直极化馈电微带线123通过垂直极化同轴探针16连接，水平极化同轴探针15和垂直极化同轴探针16都连接馈电结构。其中激励水平极化方式的两垂直矩形缝隙121a由水平极化馈电微带线122馈电，两水平极化馈电微带线122为镜像对称，其馈电方向相反，因此需要水平极化馈电微带线两端部122a的相位差是180°，故设计为水平极化馈电微带线122的端部122a至水平极化同轴探针15的长度相差1/2波导波长；激励垂直极化方式的两水平矩形缝隙121b由垂直极化馈电微带线123馈电，由于两水平矩形缝隙121b下的垂直极化微带线馈电方向是相同的，因此垂直极化馈电微带线123的端部123a同相位，故设计为垂直极化馈电微带线123的两端123a至垂直极化同轴探针16的长度相等。在实施时，天线子阵列1是由两个缝隙耦合贴片天线单元拼接而成，即将图2中子阵列一分为2得到两个正方形即为天线单元，每个天线单元中包括一个水平极化馈电微带线、一个垂直极化馈电微带线、一个垂直矩形缝隙和一个水平矩形缝隙。
如图5所示，馈电结构包括从左到右依次固定在一起的第一金属结构件21、第一馈电网络介质板22、第二金属结构件23、第二馈电网络介质板24和第三金属结构件25，第一馈电网络介质板22和第二馈电网络介质板24上分别在底部印制有一个馈电输入端口26，分别在顶部印制有与对应馈电输入端口26连接的8个过渡微带线27，第一馈电网络介质板22和第二馈电网络介质板24上的馈电输入端口26和过渡微带线27分别通过一个一分八的功分网络28实现功分和连接，每个一分八功分网络28由基于悬置微带线的三阶T形功分网络形成。天线本体的四个侧边采用电镀铜工艺，四周为电镀铜17，馈电结构在天线本体背面垂直固定，形成T形，且每一过渡微带线27分别连接一个天线本体的同轴探针，包括水平极化同轴探针15和垂直极化同轴探针16，实现馈电结构对天线本体的馈电。可以理解的，在实施时，也可以将一分八功分网络28转换为其他形成的功分网络，只要能够实现功分即可。
为了进一步说明本实施例提供的小型小型化Ku全频段卫星天线接收阵列的工作性能，在上述结构的参数基础上进行仿真，仿真结果如图6至图8所示，图6是本天线阵列两个端口的回波损耗示意图，可以看出，天线的阻抗带宽为10.7GHz-13.7GHz,覆盖了10.7GHz-12.75GHz的卫星天线接收带宽；图7和图8分别是本天线阵列水平极化的方向图和垂直极化的方向图，在11.7GH在的频率上，水平和垂直极化方式分别具有16.45dB 和16.7dB的高增益。
本实施例的小型化Ku全频段卫星天线接收阵列的宽度在1/2工作波长以内，如图9所示，在实施时，还可以本实施例作为基本结构，采用多个基本结构进行排列，组成相位扫描阵列天线。
本实施例通过对水平极化和垂直极化的缝隙分别馈电，且馈电网络与与天线板面垂直，实现了小型化一维相位可扫描的双极化天线阵列，并且可以组成相位扫描阵列天线；通过将天线子阵列组成一维阵列，使得天线的波束宽度很窄，可以降低卫星之间的互相干扰；对天线子阵列两两馈电，简化了馈电网络的设计，缩小了天线的面积；利用口径耦合理论，设计的缝隙贴片天线具有约23.6％(10.7-13.7GHz)的工作带宽，可以实现 Ku全频段卫星天线的接收；利用悬置微带线与微带线相连最终与同轴探针相连的馈电方式，比传统微带馈电的损耗低，噪声性能好，实现了水平和垂直极化方式分别具有 16.45dB和16.7dB的高增益。
在其他实施例中，还可根据需要设置天线子阵列的数量，根据天线子阵列的数量相应更改馈电结构的过渡微带线数量进行馈电。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (5)
1.一种小型化Ku全频段卫星天线阵列，其特征在于：包括天线本体和对天线本体馈电的馈电结构，所述天线本体由若干天线子阵列排列而成，所述天线子阵列包括从上到下叠放设置的上层介质板、中层介质板和下层介质板，所述上层介质板的上表面印制有两个辐射贴片，所述下层介质板的下表面印制有接地反射板，所述中层介质板上表面印制有接地板，下表面印制有两个馈电方向相反的水平极化馈电微带线和两个馈电方向相同的垂直极化馈电微带线，接地板上与每个水平极化馈电微带线端部垂直的位置分别设有一个垂直矩形缝隙，与每个垂直极化馈电微带线端部垂直的位置分别设有一个水平矩形缝隙，两个水平极化馈电微带线通过水平极化同轴探针连接，两个垂直极化馈电微带线通过垂直极化同轴探针连接，所述水平极化同轴探针和垂直极化同轴探针都连接所述馈电结构,所述馈电结构包括从左到右依次固定在一起的第一金属结构件、第一馈电网络介质板、第二金属结构件、第二馈电网络介质板和第三金属结构件，所述第一馈电网络介质板和第二馈电网络介质板上分别在底部印制有一个馈电输入端口，分别在顶部印制有与对应馈电输入端口连接且与天线子阵列数量相等的过渡微带线，所述馈电结构在所述天线本体背面垂直固定，且每一过渡微带线分别连接一个天线本体的同轴探针，实现馈电结构对天线本体的馈电；所述第一馈电网络介质板和第二馈电网络介质板上的馈电输入端口和过渡微带线，分别通过一个功分网络相连，所述功分网络采用悬置微带线形成。
2.根据权利要求1所述的小型化Ku全频段卫星天线阵列，其特征在于：所述天线子阵列由两个缝隙耦合贴片天线单元拼接而成。
3.根据权利要求1所述的小型化Ku全频段卫星天线阵列，其特征在于：所述天线子阵列上的两个水平极化馈电微带线的端部与水平极化同轴探针距离长度相差1/2波导波长，实现馈电方向相反，两个垂直极化馈电微带线的端部与垂直极化同轴探针距离长度相等，实现馈电方向相同。
4.根据权利要求1所述的小型化Ku全频段卫星天线阵列，其特征在于：所述上层介质板、中层介质板和下层介质板之间通过粘贴片粘合在一起。
5.根据权利要求1所述的小型化Ku全频段卫星天线阵列，其特征在于：所述天线子阵列的四个侧边为电镀铜。
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