CN110416732A - 一种超宽带双极化卫星信号天线馈源 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超宽带双极化卫星信号天线馈源，包括底座和天线主体；所述天线主体的底部与所述底座固定连接，所述天线主体为顶部小、底部大的渐变柱体，呈立体金字塔状；所述天线主体包括两对天线支体，两对所述天线支体之间的缝隙呈“X”型结构；两对所述天线支体均包括主支体和与所述主支体相对设置的辅助支体，所述主支体和辅助支体相对的两侧均设有若干辐射振子，两侧的所述辐射振子非对称分布，两侧的所述辐射振子由顶部至底部的长度按序依次递增；所述辅助支体顶部设有天线馈电点，所述主支体内部设有同轴电缆，所述同轴电缆与所述天线馈电点固定连接；本发明具有能够实现稳定的馈源照射角、提升宽带双极化对数周期天线效率的优点。

Description

一种超宽带双极化卫星信号天线馈源
技术领域
本发明属于通信技术领域，具体涉及一种超宽带双极化卫星信号天线馈源。
背景技术
对数周期天线广泛应用于无线通信、电磁测量、测向、频谱侦察。对数周期天线作为宽带馈源也被应用于反射面天线馈源。双极化对数周期天线馈源由两副对数周期天线绕同一个轴彼此垂直安装构成，并实现双极化超宽带输出。对数周期天线一般采用同轴线馈电，同轴线从对数周期天线顶部馈电并一直延伸到底座，同轴线馈线会带来额外插损，从而降低天线效率。在接收天线设计时，低噪声放大器应尽量靠近天线馈电处从而降低线损带来的噪声系数下降，但是，对于现有对数周期天线，与天线主干等长的馈电同轴馈线无法避免。频率增加到微波毫米波频段，同时在实现宽频率范围低驻波VSWR，恒定的波瓣宽度，以及高效率，存在较大难度。
发明内容
本发明针对以上所述的不足，提供一种对数周期天线主干结构、能够实现稳定的馈源照射角、提升宽带双极化对数周期天线效率的超宽带双极化卫星信号天线馈源。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种超宽带双极化卫星信号天线馈源，包括底座和天线主体；所述天线主体的底部与所述底座固定连接，所述天线主体为顶部小、底部大的渐变柱体，呈立体金字塔状；所述天线主体包括两对天线支体，两对所述天线支体之间的缝隙呈“X”型结构；两对所述天线支体均包括主支体和与所述主支体相对设置的辅助支体，所述主支体和辅助支体相对的两侧均设有若干辐射振子，两侧的所述辐射振子非对称分布，两侧的所述辐射振子由顶部至底部的长度按序依次递增；所述辅助支体顶部设有天线馈电点，所述主支体内部设有同轴电缆，所述同轴电缆与所述天线馈电点固定连接。
优选的，所述主支体内部为中空；所述主支体还包括支体盖板、低噪声放大器和支体壳；所述低噪声放大器固定连接在所述支体壳内，所述低噪声放大器通过所述同轴电缆连接所述天线馈电点；所述支体盖板与支体壳固定连接；所述辐射振子与所述支体盖板固定连接。
优选的，所述低噪声放大器靠近所述天线馈电点设置。
优选的，所述“X”型结构为从顶部到底部，由窄变宽的结构；所述“X”型结构为从内到外，由窄变宽的结构。
优选的，所述底座为圆形结构，所述底座对应所述主支体设有第一通孔；所述支体壳对应所述第一通孔设有第二通孔。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明通过天线主体设置为顶部小、底部大的渐变柱体，呈立体金字塔状，增加了天线主体在底座上的稳定性和可靠性；
通过天线支体之间的缝隙呈“X”型结构，信号在此“X”型缝隙中传输，可以实现低信号传输损耗，通过电磁计算和理论分析，天线信号在此特殊的渐变结构中传输，可以实现低信号传输损耗，以及宽带匹配和宽带辐射特性，对于同一极化，从顶部到底部，各辐射振子对间距相对于辐射频率波长近似，从而实现辐射场3dB波瓣宽度在整个频段稳定作为宽带馈源，可实现宽频段范围稳定的馈源照射角，实现宽带高效天线性能；
通过低噪声放大器设置于天线支体内部，靠近天线馈电点设置，有效减少对数周期天线馈电同轴线长度，从而减少同轴馈线损耗，提升宽带双极化对数周期天线效率；因此，本发明具有能够实现稳定的馈源照射角、提升宽带双极化对数周期天线效率的有益效果。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的没有支体盖板状态下的结构示意图；
图3为图1中A区的放大示意图；
图4为本发明的支体盖板结构示意图；
图5为本发明的天线支体结构示意图；
图6为本发明少安装一个天线支体的结构示意图；
图7为本发明的“X”型缝隙横截面信号传输电场示意图；
图8为本发明的天线驻波(VSWR)曲线(水平极化)；
图9为本发明工作在频率1GHz时的水平极化方向天线辐射曲线；
图10为本发明工作在频率10.5GHz时的水平极化方向天线辐射曲线；
图11为本发明工作在频率20GHz时的水平极化方向天线辐射曲线；
图12为本发明的天线驻波(VSWR)曲线(垂直极化)；
图13为本发明工作在频率分别在1GHz时的垂直极化方向天线辐射曲线；
图14为本发明工作在频率分别在10.5GHz时的垂直极化方向天线辐射曲线；
图15为本发明工作在频率分别在20GHz时的垂直极化方向天线辐射曲线；
图中：1、圆形底座；2、天线主体；11、第一通孔；20、主支体；21、辅助支体；22、辐射振子；23、支体盖板；24、低噪声放大器；25、同轴电缆；26、天线馈电点；27、支体壳；271、第二通孔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1至图15所示，本发明提供如下技术方案：一种超宽带双极化卫星信号天线馈源，包括底座1和天线主体2；所述天线主体2的底部与所述底座1固定连接，所述天线主体1为顶部小、底部大的渐变柱体，呈立体金字塔状；所述天线主体1包括两对天线支体，两对所述天线支体之间的缝隙呈“X”型结构；两对所述天线支体均包括主支体20和与所述主支体20相对设置的辅助支体21，所述主支体20和辅助支体21相对的两侧均设有若干辐射振子22，两侧的所述辐射振子22非对称分布，两侧的所述辐射振子22由顶部至底部的长度按序依次递增；所述辅助支体21顶部设有天线馈电点26，所述主支体20内部设有同轴电缆25，所述同轴电缆25与所述天线馈电点26固定连接。所述同轴电缆25与所述天线馈电点26优选为焊接固定连接。所述天线主体2的底部与所述底座1优选螺栓固定连接，
如图2、图4、图5所示，所述主支体20内部为中空；所述主支体20还包括支体盖板23、低噪声放大器24和支体壳27；所述低噪声放大器24固定连接在所述支体壳27内，所述低噪声放大器24通过所述同轴电缆25连接所述天线馈电点26；所述支体盖板23与支体壳27固定连接；所述辐射振子22与所述支体盖板23固定连接。所述支体盖板23与支体壳27为螺钉固定连接，所述辐射振子22与所述支体盖板23焊接固定连接。所述辅助支体21与所述主支体20的结构相同，所述辅助支体21包括支体盖板23和与所述支体盖板23螺钉固定连接的支体壳27。
如图2、图3所示，所述低噪声放大器24靠近所述天线馈电点26设置。减少了信号从天线馈电点26至低噪声放大器24之间的损耗。
所述“X”型结构为从顶部到底部，由窄变宽的结构；所述“X”型结构为从内到外，由窄变宽的结构。工作时，信号在此“X”型缝隙中传输，可以实现低信号传输损耗，通过电磁计算和理论分析，天线信号在此特殊的渐变结构中传输，可以实现低信号传输损耗，以及宽带匹配和宽带辐射特性，对于同一极化，从顶部到底部，各辐射振子对间距相对于辐射频率波长近似，从而实现辐射场3dB波瓣宽度在整个频段稳定作为宽带馈源，可实现宽频段范围稳定的馈源照射角，实现宽带高效天线性能。
如图6所示，所述底座1为圆形结构，所述底座1对应所述主支体21设有第一通孔11；所述支体壳27对应所述第一通孔11设有第二通孔271。使得低噪声放大器24的另一端连接线可以直接从所述第一通孔11和第二通孔271连接至所需的设备。
实施例1：
本发明的工作原理：
通过天线主体2设计为渐变柱体，顶部小，底部较大，呈立体金字塔状。两对天线支体之间缝隙呈“X”型结构：从顶部到底部，由窄变宽；从中轴线，从内到外，由窄变宽。设计出“X”型传输结构(图7所示)，实现电磁波沿着天线支体之间的缝隙传输給相关辐射振子22馈电；信号在此“X”型结构缝隙中传输，传输电场示意图(如图7所示)。通过电磁计算和理论分析，天线信号在此特殊的渐变结构中传输，可以实现低信号传输损耗，以及宽带匹配和宽带辐射特性(如图8和图12所示，1-20GHz频率范围内，水平/垂直极化端口VSWR<2.6)；并且，对于同一极化，从顶部到底部，各辐射振子22对间距相对于辐射频率波长近似(如图7所示)，从而实现辐射场3dB波瓣宽度在整个频段稳定(如图8所示)，作为宽带馈源，可实现宽频段范围稳定的馈源照射角，实现宽带高效天线性能；
通过低噪声放大器24设置于主支体21内部，靠近天线馈电点26设置，有效减少对数周期天线馈电同轴线长度，从而减少同轴馈线损耗，提升宽带双极化对数周期天线效率；同时，天线主体1顶部小底部大结构可有效提升馈源天线稳定性和可靠性；
如图9至图11、图13至图15分别给出了在垂直极化及水平极化的方向图仿真结果，其中，图9和图13的频率为1Ghz，图10和图14的频率为10.5Ghz，图11和图15的频率为20Ghz。由仿真结果可以看出，在1-20GHz频率范围内，所述天线的水平/垂直极化增益均优于8.7dB，水平/垂直极化增益一致性较好，该天线形成了有效的辐射，辐射特性具有较好的一致性。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种超宽带双极化卫星信号天线馈源，其特征在于，包括底座(1)和天线主体(2)；所述天线主体(2)的底部与所述底座(1)固定连接，所述天线主体(1)为顶部小、底部大的渐变柱体，呈立体金字塔状；所述天线主体(1)包括两对天线支体，两对所述天线支体之间的缝隙呈“X”型结构；两对所述天线支体均包括主支体(20)和与所述主支体(20)相对设置的辅助支体(21)，所述主支体(20)和辅助支体(21)相对的两侧均设有若干辐射振子(22)，两侧的所述辐射振子(22)非对称分布，两侧的所述辐射振子(22)由顶部至底部的长度按序依次递增；所述辅助支体(21)顶部设有天线馈电点(26)，所述主支体(20)内部设有同轴电缆(25)，所述同轴电缆(25)与所述天线馈电点(26)固定连接。
2.根据权利要求1所述的超宽带双极化卫星信号天线馈源，其特征在于：所述主支体(20)内部为中空；所述主支体(20)还包括支体盖板(23)、低噪声放大器(24)和支体壳(27)；所述低噪声放大器(24)固定连接在所述支体壳(27)内，所述低噪声放大器(24)通过所述同轴电缆(25)连接所述天线馈电点(26)；所述支体盖板(23)与支体壳(27)固定连接；所述辐射振子(22)与所述支体盖板(23)固定连接。
3.根据权利要求2所述的超宽带双极化卫星信号天线馈源，其特征在于：所述低噪声放大器(24)靠近所述天线馈电点(26)设置。
4.根据权利要求3所述的超宽带双极化卫星信号天线馈源，其特征在于：所述“X”型结构为从顶部到底部，由窄变宽的结构；所述“X”型结构为从内到外，由窄变宽的结构。
5.根据权利要求4所述的超宽带双极化卫星信号天线馈源，其特征在于：所述底座(1)为圆形结构，所述底座(1)对应所述主支体(20)设有第一通孔(11)；所述支体壳(27)对应所述第一通孔(11)设有第二通孔(271)。
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