CN110739525A - 一种vhf频段星载四臂螺旋天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种VHF频段星载四臂螺旋天线，包括天线罩、四臂螺旋、金属锥台、短路金属圆盘、安装底座、匹配网络介质板、LC匹配网络和连接探针。天线工作与螺旋天线的法向模，其辐射方向图相当于偶极子的方向图，在水平面上为全向辐射。天线的四臂螺旋，金属锥台和顶部短路金属圆盘一体化设计，中间没有支撑，四臂螺旋总高度仅为0.13λ，天线总高度为0.14λ，天线的安装底座大小为120mm×120mm，节约星体表面空间，LC匹配网络放置在安装底座的背面，在星体对应的安装位置开槽避免网络短路，形成密闭空间，提高谐振效率。与传统技术相比，本天线高度更小，占用的空间更少。

Description

一种VHF频段星载四臂螺旋天线
技术领域
本发明属于卫星通信天线，具体涉及一种VHF频段星载四臂螺旋天线。
背景技术
螺旋天线工作在法向模的时候具有水平面的全向方向图，并且可以小型化，极大的减小天线的高度和体积，在卫星通信中由于卫星本身的体积有限，当使用VHF频段进行通信时天线能占有的位置更加收到限制，传统的天线在此频率体积会很大，很难搭载在卫星上，四臂螺旋的形式可以做成电小天线形式来代替传统的单极子或者偶极子天线，所以在卫星通信中有着比较广泛的应用。
目前，VHF频段的卫星通信天线多为螺旋形式，尤其是地面站的天线，都是使用的圆极化的四臂螺旋天线例如专利文献1（CN205646139U）以及专利文献2（CN205682644U）公开的都是此类型的天线；但对于卫星星载天线而言，在某些特殊情况下，要求波束覆盖范围尽量大，为了降低空间传播损耗使用的频率很低，卫星本身空间，以及火箭发射过程中要求满足的力学要求等复杂条件，对于天线的小型化和结构可靠性有更高的要求。普通的PCB板上缠绕微带线在结构可靠性上略有欠缺，在介质上缠绕铜线的方式在低频低至VHF频段时体积会比较大，一般的介质板在太空中时性能不稳定也会对天线的性能造成影响。因此对于星载的天线的设计需要在现有的技术上进行更多的考虑。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种VHF频段星载四臂螺旋天线，克服传统的四臂螺旋天线在卫星上使用时结构强度不足，体积过大等缺点。
本发明所采用的技术方案是：一种VHF频段星载四臂螺旋天线，包括天线罩、四臂螺旋、金属锥台、短路金属圆盘、安装底座、匹配网络介质板、LC匹配网络和连接探针。绝缘的天线罩安装在安装底座顶面，两者形成密闭空腔，四臂螺旋、金属锥台、短路金属圆盘均设置在上述密闭空腔内。匹配网络介质板固定在安装底座的底面，安装底座中心开有一个通孔，且该通孔贯穿匹配网络介质板，LC匹配网络固定在匹配网络介质板底面，短路金属圆盘设置于四臂螺旋顶面，短路金属圆盘通过粘合剂与天线罩固连，金属锥台设置于四臂螺旋底面，使得金属锥台的锥尖悬浮于通孔上方，两者之间存在间隙，四臂螺旋、金属锥台以及短路金属圆盘一体化成形，材料采用航天专用铝材，结构强度大，连接探针一端穿过通孔后与金属锥台焊接进行馈电，连接探针另一端连接LC匹配网络的电感。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
（1）本发明采用的四臂螺旋和金属锥台金属，短路金属圆盘一体化设计，使用航天专用铝材，结构强度大，可以满足火箭发射的力学要求。
（2）四臂螺旋为中空结构，减小了天线重量，同时可以适应太空中复杂恶劣的环境，减小环境对天线的影响，天线使用寿命较长。
（3）本发明的四臂螺旋的高度仅为0.13λ，接近此类天线的极限，在小型化方面较之一般的四臂螺旋天线有较大进步。在此高度下天线的辐射方向图已经类似偶极子方向图在水平面上为全向辐射特性，天线在水平面上增益在1dB以上，水平面的不圆度在0.2dB以内，可以做到均匀的向自由空间辐射。
（4）安装底座的大小为120mm×120mm，不占用过多的安装空间，依靠星体表面作为反射地。
（5）LC 匹配网络在匹配网络介质板的底面，匹配网络介质板安装在安装底座的背面，在星体的相应位置上开凹槽形成容腔，安装底座固定在凹槽顶面，容腔使得匹配网络不与星体表面短路，提高了匹配网络的谐振效率和性能，也避免匹配网络受到外界太空恶劣的环境影响而失效或减少使用时长。
附图说明
图1为本发明的整体外观图。
图2为本发明局部示意图。
图3为本发明仰视图。
图4为实施例的仿真结果水平面方向图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
需要说明的是，本说明书附图中所示意的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解，并非用以限定本发明可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
结合图1、图2和图3，本发明所述的VHF频段星载四臂螺旋天线，包括天线罩1、四臂螺旋2、金属锥台3、短路金属圆盘4、安装底座5、匹配网络介质板6、LC匹配网络7和连接探针。绝缘的天线罩1安装在安装底座5顶面，两者形成密闭空腔，四臂螺旋2、金属锥台3、短路金属圆盘4均设置在上述密闭空腔内。匹配网络介质板6固定在安装底座5的底面，安装底座5中心开有一个通孔，且该通孔贯穿匹配网络介质板6，LC匹配网络7固定在匹配网络介质板6底面，短路金属圆盘4设置于四臂螺旋2顶面，短路金属圆盘4通过粘合剂与天线罩1固连，金属锥台3设置于四臂螺旋2底面，使得金属锥台3的锥尖悬浮于通孔上方，两者之间存在间隙，四臂螺旋2、金属锥台3以及短路金属圆盘4一体化成形，材料采用航天专用铝材，结构强度大，连接探针一端穿过通孔后与金属锥台3焊接进行馈电，连接探针另一端连接LC匹配网络7的电感。
四臂螺旋2为中空结构，减小了天线的重量。
LC匹配网络7采用串联电感、并联电容的方式来进行匹配。其馈电点位于电感和电容的中间，使得电感一端连接馈电点，另一端连接到连接探针；电容一端连接馈电点，另一端通过短路金属柱与安装底座5连接，以此达到并联的效果。
在星体的相应位置上开凹槽形成容腔，安装底座5固定在凹槽顶面，容腔使得匹配网络7不与星体表面短路，提高了谐振效率。
天线工作与螺旋天线的法向模，其辐射方向图相当于偶极子的方向图，在水平面上为全向辐射。
所述的四臂螺旋2总高度仅为0.13λ，天线总高度为0.14λ；λ为电磁波在自由空间的波长。
本发明的安装底座5的大小为120mm×120mm，节约星体表面空间。
如图4所示，经试验，表明天线在水平面的增益大于1dB，且不圆度在0.2dB以内，具有良好的水平方向辐射特性，本发明高度更小，占用的空间更少。

Claims (5)

1.一种VHF频段星载四臂螺旋天线，包括
安装底座（5），作为连接星体的平台；
天线罩（1），固定在安装底座（5）顶面，两者形成密闭空腔；
其特征在于：
匹配网络介质板（6），固定在安装底座（5）底面，自安装底座（5）中心向下开设一个通孔，且该通孔贯穿匹配网络介质板（6）；
LC匹配网络（7），固定在匹配网络介质板（6）底面；
四臂螺旋（2），为中空结构；
金属锥台（3），设置于四臂螺旋（2）底面，使得金属锥台（3）的锥尖悬浮于安装底座（5）的通孔上方，两者之间存在间隙；
短路金属圆盘（4），设置于四臂螺旋（2）顶面，并通过粘合剂与天线罩（1）固连；
连接探针，一端穿过通孔后与金属锥台（3）焊接进行馈电，连接探针另一端连接LC匹配网络（7）的电感；
上述四臂螺旋（2）、金属锥台（3）、短路金属圆盘（4）均设置在上述密闭空腔内。
2.根据权利要求1所述的VHF频段星载四臂螺旋天线，其特征在于：天线罩（1）采用绝缘材质。
3.根据权利要求1所述的VHF频段星载四臂螺旋天线，其特征在于：四臂螺旋（2）、金属锥台（3）以及短路金属圆盘（4）一体化成形，材料采用航天专用铝材。
4.根据权利要求1所述的VHF频段星载四臂螺旋天线，其特征在于：LC匹配网络（7）采用串联电感、并联电容的方式来进行匹配。
5.根据权利要求1所述的VHF频段星载四臂螺旋天线，其特征在于：在星体的相应位置上开凹槽形成容腔，安装底座（5）固定在凹槽顶面，容腔使得匹配网络（7）不与星体表面短路。
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