CN110994128A - 一种星载l频段发射天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种星载L频段发射天线，包括沿竖直方向延伸的金属支撑体，在金属支撑体顶端横向延伸出圆形振子面，金属支撑体开设有四个沿周向相邻90°的扼流槽，扼流槽向上延伸并将圆形振子面分割成四个扇形的次级振子面，包括周向依次相邻的第一次级振子面、第二次级振子面、第三次级振子面、第四次级振子面，扼流槽的下端与金属支撑体的底面留有间距，金属支撑体下端连接有锥台，锥台内部中空，在锥台侧壁设有信号输入端口，信号输入端口连接第一馈线和第二馈线的输入端，第一馈线和第二馈线的输出端连接圆形振子面。该星载L频段发射天线体积小、重量轻、结构可靠，在有限的安装空间内达到高增益和宽波速。

Description

一种星载L频段发射天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种星载L频段发射天线。
背景技术
现有技术中的L发射天线往往存在结构复杂、体积较大以及重量较重的问题，无法有效的提高天线辐射效率和实现宽波速，以满足在1294.687MHz-1301.687MHz，1518MHz-1525MHz频段内在覆盖区边缘增益大于2dBi的覆盖增益要求。
因此，如何使得星载L频段发射天线体积小，重量轻，增益及辐射效率高是本技术领域的技术人员需要解决的技术问题。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种星载L频段发射天线，解决现有技术中星载L频段发射天线在有限空间内增益和辐射效率较低，以及结构复杂可靠性低的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是提供一种星载L频段发射天线，包括沿竖直方向延伸的圆柱形的金属支撑体，在所述金属支撑体顶端横向延伸出圆形振子面，所述金属支撑体开设有四个沿周向相邻90°的扼流槽，所述扼流槽向上延伸并将所述圆形振子面分割成四个扇形的次级振子面，包括周向依次相邻的第一次级振子面、第二次级振子面、第三次级振子面、第四次级振子面，其中，相对的第一次级振子面和第三次级振子面组成第一振子对，相对的第二次级振子面和第四次级振子面组成第二振子对，所述扼流槽的下端与所述金属支撑体的底面留有间距，所述金属支撑体下端连接有锥台，所述锥台内部中空，在所述锥台侧壁设有信号输入端口，所述信号输入端口连接第一馈线和第二馈线的输入端，所述第一馈线和第二馈线的输出端连接所述圆形振子面。
在本发明星载L频段发射天线的另一实施例中，所述圆形振子面的下端面设置有竖向布置的圆柱振子。
在本发明星载L频段发射天线的另一实施例中，所述锥台内侧的上表面开设有容纳槽，在所述容纳槽中设置有用于提高辐射效率的电桥，所述电桥的输入端与所述信号输入端口连接，所述电桥的输出端分别连接所述第一馈线和第二馈线的输入端。
在本发明星载L频段发射天线的另一实施例中，所述第一馈线连接所述第一振子对，其中，所述第一馈线的外壳与所述第一次级振子面电连接，所述第一馈线的内芯与所述第三次级振子面电连接，所述第一馈线的外壳与内芯相互绝缘隔离，所述第一次级振子面与所述第三次级振子面也相互绝缘隔离。
在本发明星载L频段发射天线的另一实施例中，所述第二馈线连接第二振子对，其中，所述第二馈线的外壳与所述第二次级振子面电连接，所述第二馈线的内芯与所述第四次级振子面电连接，所述第二馈线的外壳与内芯相互绝缘隔离，所述第二次级振子面与所述第四次级振子面也相互绝缘隔离。
在本发明星载L频段发射天线的另一实施例中，所述第一次级振子面、第二次级振子面和第四次级振子面在靠近所述金属支撑体的拐角处分别对应开设有第一凹槽、第二凹槽和第四凹槽，所述第一凹槽的深度小于所述第四凹槽的深度，所述第四凹槽的深度小于所述第二凹槽的深度。
在本发明星载L频段发射天线的另一实施例中，所述第一凹槽竖向开设有贯通到所述金属支撑体底部的第一馈线通孔，所述第二凹槽竖向开设有贯通到所述金属支撑体底部的第二馈线通孔，所述第一馈线设置在所述第一馈线通孔中，所述第二馈线设置在所述第二馈线通孔中，所述第一馈线的外壳与所述第一馈线通孔电连接，所述第二馈线的外壳与所述第二馈线通孔电连接，在所述第一凹槽和第三次级振子面上搭接有第一连接片，所述第一连接片的一端电连接所述第一馈线的内芯，所述第一连接片的另一端电连接所述第三次级振子面，在所述第二凹槽和第四凹槽上搭接有第二连接片，所述第二连接片的一端电连接所述第二馈线的内芯，所述第二连接片的另一端电连接所述第四次级振子面。
在本发明星载L频段发射天线的另一实施例中，在所述锥台内、所述电桥的下方设置有用于密封的盖板。
在本发明星载L频段发射天线的另一实施例中，所述电桥为90度电桥。
在本发明星载L频段发射天线的另一实施例中，所述锥台的上端面直径为50mm，所述锥台的下端面直径为160mm，所述圆柱振子的直径为4mm，所述圆柱振子的长度为30mm。
本发明的有益效果是：本发明公开了一种星载L频段发射天线，包括沿竖直方向延伸的金属支撑体，在金属支撑体顶端横向延伸出圆形振子面，金属支撑体开设有四个沿周向相邻90°的扼流槽，扼流槽向上延伸并将圆形振子面分割成四个扇形的次级振子面，包括周向依次相邻的第一次级振子面、第二次级振子面、第三次级振子面、第四次级振子面，其中，相对的第一次级振子面和第三次级振子面组成第一振子对，相对的第二次级振子面和第四次级振子面组成第二振子对，扼流槽的下端与金属支撑体的底面留有间距，金属支撑体下端连接有锥台，锥台内部中空，在锥台侧壁设有信号输入端口，信号输入端口连接第一馈线和第二馈线的输入端，第一馈线和第二馈线的输出端连接圆形振子面。该星载L频段发射天线体积小、重量轻、结构可靠，在有限的安装空间内达到高增益和宽波速。
附图说明
图1是本发明星载L频段发射天线一实施例分解示意图；
图2是图1所示实施例组装示意图；
图3是本发明星载L频段发射天线另一实施例中第一连接片和第二连接片与圆形振子面的连接分解示意图；
图4是本发明星载L频段发射天线另一实施例中锥台仰视分解示意图；
图5是本发明星载L频段发射天线另一实施例中电桥原理示意图；
图6是本发明星载L频段发射天线另一实施例中驻波比仿真示意图；
图7显示了本发明星载L频段发射天线另一实施例中1298.187MHz频段方位角0°、90°轴比方向图的仿真结果；
图8显示了本发明星载L频段发射天线另一实施例中1521.5MHz频段方位角0°、90°轴比方向图的仿真结果；
图9显示了本发明星载L频段发射天线另一实施例中1298.187MHz与1521.5MHz频段±57°俯仰角方向图仿真结果；
图10显示了本发明星载L频段发射天线另一实施例中1298.187MHz频段0°、90°方位角方向图的仿真结果；
图11显示了本发明星载L频段发射天线另一实施例中1521.5MHz频段0°、90°方位角方向图的仿真结果。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
图1显示了本发明星载L频段发射天线一实施例分解示意图，图2是图1所示实施例组装示意图，图3是本发明星载L频段发射天线另一实施例中第一连接片和第二连接片与圆形振子面的连接分解示意图，图4是本发明星载L频段发射天线另一实施例中锥台仰视分解示意图，图5是本发明星载L频段发射天线另一实施例中电桥原理示意图，结合图1至图5，该星载L频段发射天线包括沿竖直方向延伸的圆柱形的金属支撑体1，在所述金属支撑体1顶端横向延伸出圆形振子面2，所述金属支撑体1开设有四个沿周向相邻90°的扼流槽11，所述扼流槽11向上延伸并将所述圆形振子面2分割成四个扇形的次级振子面，包括周向依次相邻的第一次级振子面21、第二次级振子面22、第三次级振子面23、第四次级振子面24，其中，相对的第一次级振子面21和第三次级振子面23组成第一振子对，相对的第二次级振子面22和第四次级振子面24组成第二振子对，所述扼流槽11的下端与所述金属支撑体1的底面留有间距，所述金属支撑体1下端连接有锥台3，所述锥台3内部中空，在所述锥台3侧壁设有信号输入端口4，所述信号输入端口4连接第一馈线5和第二馈线6的输入端，所述第一馈线5和第二馈线6的输出端连接所述圆形振子面2。
优选的，金属支撑体1中心开设有竖向的盲孔T1，所述盲孔T1与所述扼流槽11连通，盲孔T1的开设减轻了该天线的重量。
优选的，在所述信号输入端口4位置处设置有接头J1，所述接头J1的型号为SMA-50K。
优选的，金属支撑体1被扼流槽11分割为四个连接部，每个连接部对应连接相应的次级振子面。
优选的，所述圆形振子面的设置提高了L频段的覆盖增益。
优选的，所述扼流槽防止了电流回流，提高了天线辐射效率。
优选的，所述第一馈线5连接第一振子对，其中，所述第一馈线5的外壳51与所述第一次级振子面21电连接，所述第一馈线5的内芯52与所述第三次级振子面23电连接，所述第一馈线5的外壳51与内芯52相互绝缘隔离，所述第一次级振子面21与所述第三次级振子面23也相互绝缘隔离。
优选的，所述第二馈线6连接第二振子对，其中，所述第二馈线6的外壳61与所述第二次级振子面22电连接，所述第二馈线6的内芯62与所述第四次级振子面24电连接，所述第二馈线6的外壳61与内芯62相互绝缘隔离，所述第二次级振子面22与所述第四次级振子面24也相互绝缘隔离。
优选的，所述第一次级振子面21、第二次级振子面22和第四次级振子面24在靠近所述金属支撑体1的拐角处分别对应开设有第一凹槽211、第二凹槽221和第四凹槽241，所述第一凹槽211的深度小于所述第四凹槽241的深度，所述第四凹槽241的深度小于所述第二凹槽221的深度。这样设置有利于第一连接片和第二连接片在拐角处的搭接，不会使得第一连接片和第二连接片相互接触进而影响振子性能。
优选的，所述第一凹槽211竖向开设有贯通到所述金属支撑体1底部的第一馈线通孔12，所述第二凹槽221竖向开设有贯通到所述金属支撑体1底部的第二馈线通孔13，所述第一馈线5设置在所述第一馈线通孔12中，所述第二馈线6设置在所述第二馈线通孔中13，所述第一馈线5的外壳51与所述第一馈线通孔12电连接，所述第二馈线6的外壳61与所述第二馈线通孔13电连接，在所述第一凹槽211和第三次级振子面23上搭接有第一连接片7，所述第一连接片7的一端电连接所述第一馈线5的内芯52，所述第一连接片7的另一端电连接所述第三次级振子面23，在所述第二凹槽221和第四凹槽241上搭接有第二连接片8，所述第二连接片8的一端电连接所述第二馈线6的内芯62，所述第二连接片8的另一端电连接所述第四次级振子面24。
进一步优选的，在第一凹槽211中设置有第一垫片D1，在第二凹槽221中设置有第二垫片D2，设置第一垫片D1和第二垫片D2使得第一连接片7和第二连接片8处于平行的两个平面上，避免了第一连接片7和第二连接片8的相互接触，使得第一连接片7和第二连接片8具有高度差。
进一步优选的，所述第三次级振子面23上靠近所述金属支撑体1的拐角处开设有第一螺钉孔14，第一连接片7的一端开设有通孔71，另一端开设有螺孔，第一馈线5的内芯52电连接通孔71，螺钉穿过螺孔并拧入第一螺钉孔14将第一连接片固定搭接在第一凹槽211和第三次级振子面23上。
进一步优选的，所述第四凹槽241中开设有第二螺钉孔15，第二连接片8的一端开设有通孔81，另一端开设有螺孔，第二馈线6的内芯62电连接通孔81，螺钉穿过螺孔并拧入第二螺钉孔15将第二连接片固定搭接在第二凹槽221和第四凹槽241上。
为进一步的固定第一连接片7和第二连接片8，可将第一馈线5的内芯52与第一连接片7的通孔71焊接连接，第二馈线6的内芯62与第二连接片8的通孔81焊接连接。
第一连接片7和第二连接片8的搭接设置形式是为了将第一馈线和第二馈线的内芯和外壳区分开来便于和对应的次级振子面连接，第一连接片7和第二连接片8的设置实现了第一馈线和第二馈线的内芯和外壳的区分连接，同时还增强了第一馈线和第二馈线与圆形振子面的结构稳定性，以第一连接片和第二连接片为载体，更好的将第一馈线和第二馈线这种易变形难固定的物体与圆形振子面对应连接，再加以焊接连接这种形式，进一步增强了第一馈线和第二馈线与圆形振子面的连接牢固性，提高该天线结构的整体性。
优选的，所述圆形振子面的下端面设置有竖向布置的圆柱振子Z1，具体的，所述圆柱振子Z1设置在所述圆形振子面的下端面的边沿，圆柱振子的设置增大天线在低仰角的辐射能力(正顶方向为Theta＝0°，通过增设该圆柱振子，可以提高在theta＝60°附近的辐射能力)。
优选的，在笛卡尔坐标系中，Theta代表从+Z指向XOY面，是方位角。
优选的，所述锥台3内侧的上表面开设有容纳槽31，在所述容纳槽31中设置有用于提高辐射效率的电桥9，所述电桥9的输入端91与所述信号输入端口4连接，所述电桥9的输出端分别连接所述第一馈线5和第二馈线6的输入端，具体的，所述电桥9的输出端包括第一输出端92和第二输出端93，所述第一输出端92对应连接所述第一馈线5的输入端，所述第二输出端93对应连接所述第二馈线6的输入端。
进一步优选的，电桥9为90度电桥，所述电桥9的输入端和输出端之间通过微带线连接，所述微带线包括从所述电桥的输入端分叉出的第一微带线94和第二微带线95，所述第一微带线94连接所述第一输出端，所述第二微带线95连接所述第二输出端，所述第一微带线94与第二微带线95具有长度差，并以此形成信号的相位差，由于设置具有长度差的第一微带线94和第二微带线95，进而优化减少匹配回路，提高了该天线整体的辐射效率，实现了两路馈线的差分馈电，完成该天线的圆极化目的。
优选的，所述电桥9上开设有固定孔K2，在锥台3内侧的上表面开设有固定孔K3，通过螺钉连接固定孔K2和固定孔K3使得电桥和锥台固定连接。
优选的，在所述锥台3内、所述电桥9的下方设置有用于密封的盖板10。设置该盖板10可对锥台内部进行密封，同时保护了所述电桥9。
优选的，所述锥台3的外边沿开设有固定孔K1，方便通过螺栓或螺钉固定该天线。
优选的，所述盖板10上开设有过孔K4，所述锥台3内侧表面的对应位置开设有螺孔K5，所述过孔K4与螺孔K5通过螺钉连接。
优选的，所述锥台的上端面直径为50mm，所述锥台的下端面直径为160mm，所述圆柱振子的直径为4mm，所述圆柱振子的长度为30mm，符合体积小的设计要求。
优选的，所述锥台3的设置使得该天线的方向图进行赋形，降低该天线在正顶方向的辐射，而增加在低仰角的辐射，实现了宽波速，以满足在1294.687MHz～1301.687MHz，1518MHz～1525MHz频段内在覆盖区边缘增益大于2dBi的覆盖增益要求。
优选的，盖板、锥台以及圆柱振子的材料为7075铝合金，该材料的弹性模量为70GPa，泊松比为0.3，密度为2.785×103kg/m3，屈服强度为455MPa。
优选的，金属支撑体1的下端具有支撑台16，在支撑台16上开设有竖向的固定孔161，锥台3的上端面也开设有对应的固定孔，通过固定螺钉L1将支撑台16和锥台3固定在一起。
优选的，图6显示了对该星载L频段发射天线电性件的端口驻波比进行仿真后得出的仿真结果，此时端口的输入阻抗为50欧姆，在1294.687MHz～1301.687MHz，1518MHz～1525MHz内，驻波比小于1.5，满足技术指标要求，S1和S2分别表示箭头所指示的曲线。
优选的，图7显示了方位角0°、90°轴比方向图仿真结果(1298.187MHz)，S3和S4分别表示箭头所指示的曲线；图8显示了方位角0°、90°轴比方向图仿真结果(1521.5MHz)，S5和S6分别表示箭头所指示的曲线。
优选的，图9显示了该天线±57°俯仰角方向图仿真结果(1298.187MHz与1521.5MHz)，S7、S8、S9以及S10分别表示箭头所指示的曲线。
优选的，图10显示了该天线0°、90°方位角方向图仿真结果(1298.187MHz)，S11和S12分别表示箭头所指示的曲线。
优选的，图11显示了该天线0°、90°方位角方向图仿真结果(1521.5MHz)，S13和S14分别表示箭头所指示的曲线。
结合上述图7-图11可知，在频带范围内，端口驻波小于1.5，在1298.187MHz与1521.5MHz，±57°俯仰角增益≥2dBi，中心区域增益≥-1dBi，方位角0°、90°轴比小于3dB的波束宽度约为-33°～33°、-53°～53°。
基于以上实施例，本发明公开了一种星载L频段发射天线，包括沿竖直方向延伸的金属支撑体，在金属支撑体顶端横向延伸出圆形振子面，金属支撑体开设有四个沿周向相邻90°的扼流槽，扼流槽向上延伸并将圆形振子面分割成四个扇形的次级振子面，包括周向依次相邻的第一次级振子面、第二次级振子面、第三次级振子面、第四次级振子面，其中，相对的第一次级振子面和第三次级振子面组成第一振子对，相对的第二次级振子面和第四次级振子面组成第二振子对，扼流槽的下端与金属支撑体的底面留有间距，金属支撑体下端连接有锥台，锥台内部中空，在锥台侧壁设有信号输入端口，信号输入端口连接第一馈线和第二馈线的输入端，第一馈线和第二馈线的输出端连接圆形振子面。该星载L频段发射天线体积小、重量轻、结构可靠，在有限的安装空间内达到高增益和宽波速。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种星载L频段发射天线，其特征在于，包括沿竖直方向延伸的圆柱形的金属支撑体，在所述金属支撑体顶端横向延伸出圆形振子面，所述金属支撑体开设有四个沿周向相邻90°的扼流槽，所述扼流槽向上延伸并将所述圆形振子面分割成四个扇形的次级振子面，包括周向依次相邻的第一次级振子面、第二次级振子面、第三次级振子面、第四次级振子面，其中，相对的第一次级振子面和第三次级振子面组成第一振子对，相对的第二次级振子面和第四次级振子面组成第二振子对，所述扼流槽的下端与所述金属支撑体的底面留有间距，所述金属支撑体下端连接有锥台，所述锥台内部中空，在所述锥台侧壁设有信号输入端口，所述信号输入端口连接第一馈线和第二馈线的输入端，所述第一馈线和第二馈线的输出端连接所述圆形振子面。
2.根据权利要求1所述的星载L频段发射天线，其特征在于，所述圆形振子面的下端面设置有竖向布置的圆柱振子。
3.根据权利要求1或2所述的星载L频段发射天线，其特征在于，所述锥台内侧的上表面开设有容纳槽，在所述容纳槽中设置有用于提高辐射效率的电桥，所述电桥的输入端与所述信号输入端口连接，所述电桥的输出端分别连接所述第一馈线和第二馈线的输入端。
4.根据权利要求3所述的星载L频段发射天线，其特征在于，所述第一馈线连接所述第一振子对，其中，所述第一馈线的外壳与所述第一次级振子面电连接，所述第一馈线的内芯与所述第三次级振子面电连接，所述第一馈线的外壳与内芯相互绝缘隔离，所述第一次级振子面与所述第三次级振子面也相互绝缘隔离。
5.根据权利要求4所述的星载L频段发射天线，其特征在于，所述第二馈线连接所述第二振子对，其中，所述第二馈线的外壳与所述第二次级振子面电连接，所述第二馈线的内芯与所述第四次级振子面电连接，所述第二馈线的外壳与内芯相互绝缘隔离，所述第二次级振子面与所述第四次级振子面也相互绝缘隔离。
6.根据权利要求5所述的星载L频段发射天线，其特征在于，所述第一次级振子面、第二次级振子面和第四次级振子面在靠近所述金属支撑体的拐角处分别对应开设有第一凹槽、第二凹槽和第四凹槽，所述第一凹槽的深度小于所述第四凹槽的深度，所述第四凹槽的深度小于所述第二凹槽的深度。
7.根据权利要求6所述的星载L频段发射天线，其特征在于，所述第一凹槽竖向开设有贯通到所述金属支撑体底部的第一馈线通孔，所述第二凹槽竖向开设有贯通到所述金属支撑体底部的第二馈线通孔，所述第一馈线设置在所述第一馈线通孔中，所述第二馈线设置在所述第二馈线通孔中，所述第一馈线的外壳与所述第一馈线通孔电连接，所述第二馈线的外壳与所述第二馈线通孔电连接，在所述第一凹槽和第三次级振子面上搭接有第一连接片，所述第一连接片的一端电连接所述第一馈线的内芯，所述第一连接片的另一端电连接所述第三次级振子面，在所述第二凹槽和第四凹槽上搭接有第二连接片，所述第二连接片的一端电连接所述第二馈线的内芯，所述第二连接片的另一端电连接所述第四次级振子面。
8.根据权利要求7所述的星载L频段发射天线，其特征在于，在所述锥台内、所述电桥的下方设置有用于密封的盖板。
9.根据权利要求8所述的星载L频段发射天线，其特征在于，所述电桥为90度电桥。
10.根据权利要求9所述的星载L频段发射天线，其特征在于，所述锥台的上端面直径为50mm，所述锥台的下端面直径为160mm，所述圆柱振子的直径为4mm，所述圆柱振子的长度为30mm。
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