CN111900538A - 一种Ka波段卫星通信天线罩 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种Ka波段卫星通信天线罩，涉及卫星通信领域，包括介质层、金属屏、填充层，介质层包括完全相同的第一介质层和第二介质层，金属屏为周期单元结构，包括完全相同的第一金属屏和第二金属屏，第一介质层、第一金属屏、填充层、第二金属屏、第二介质层依次级联。本发明的天线罩由频率选择表面构成，具有对入射角稳定，对极化不敏感，双通带、通带范围大、通带范围内损耗小等特点。可以根据不同应用场景的需要设计不同的外形形状。本天线罩结构具有较好的传输特性稳定性，可以在起到保护雷达、通信系统的同时，具有很好的电磁波传输性能。

Description

一种Ka波段卫星通信天线罩
技术领域
本发明涉及卫星通信领域，尤其涉及一种Ka波段卫星通信天线罩。
背景技术
随着卫星通信技术的发展，以及人们对卫星通信需求的变化，卫星通信正逐渐往高容量、低延时、大带宽的方向发展，同时也伴随着卫星通信的频率从L、C、K等波段提升到Ka波段，Ka波段卫星通信具有更大的带宽，更能适应当前多媒体传输业务的需要。目前世界上例如美国、日本、法国等国家都加大了卫星通信研究的投入，我国的Ka波段通信卫星也即将正式商用。
频率选择表面(Frequency selective surface,FSS)是一种具有二维周期性结构的特殊材料，其周期性的单元一般由金属构成，通过增加介质层增强机械强度，满足不同领域的需求。频率选择表面对电磁波具有选择透过性，当电磁波入射到频率选择表面上，不同的结构会对电磁波表现出不同的特性，例如带通、带通等滤波特性。
传统的介质天线罩，由于透波材料层固有的微波属性，具有如下缺点，在毫米波段已经很难满足不同场景的特殊需求。
通带窄：传统介质天线罩损耗小于0.5dB的通带范围会随着频率的升高逐渐变窄，而Ka波段的绝对带宽有3GHz，一般介质天线罩很难满足带宽的要求。
对极化、入射角、介质层厚度敏感：随着频率的身高，介质的介电常数以及损耗角大小对传输曲线的影响也会变大，传统介质天线罩在Ka波段的传输特性随入射角变化非常快，在不同极化下，不同介质厚度下，同一入射波透过介质天线罩能量损失会有很大不同，因此造成介质天线罩在Ka波段应用场景非常单一，很难同时满足不同性能的要求。
因此，鉴于传统天线罩很难满足毫米波段的场景需求，本领域的技术人员需要从天线罩的结构和材料出发，致力于开发一种传输特性不随上述条件变化而产生快速剧烈变化的天线罩。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是设计一种可供天线罩采用的结构，减小天线罩的材料对传输特性的影响，扩大天线罩的通带带宽，满足Ka波段卫星通信的需求，以及能够适应不同极化方式、入射角范围变化大的场景，使天线罩具有适用范围广、维护成本低等特点。
为实现上述目的，本发明提供了一种Ka波段卫星通信天线罩，包括介质层、金属屏、填充层，介质层包括完全相同的第一介质层和第二介质层，金属屏为周期单元结构，包括完全相同的第一金属屏和第二金属屏，第一介质层、第一金属屏、填充层、第二金属屏、第二介质层依次级联。
进一步地，金属屏刻蚀在介质层的表面。
进一步地，第一金属屏、填充层、第二金属屏通过胶体连接。
进一步地，胶体的介电常数介于空气的介电常数和介质层的介电常数之间。
进一步地，填充层为PMI泡沫，或介电常数和介质损耗角相近的材料。
进一步地，介质层的厚度为0.508mm，填充层的厚度为2.30mm。
进一步地，周期单元为正方形，由共中心的正方形环、正八边形环、圆形由外向内嵌套组成，正方形环的外边与周期单元的外边重合。
进一步地，周期单元的边长为4.8mm。
进一步地，正方形环的宽度为0.5mm，正八边形的外边长为1.2mm，宽度为0.2mm，圆形的半径为1.14mm。
进一步地，周期单元的个数在X，Y任一方向上不少于25个。
与现有天线罩结构相比，本发明的天线罩由频率选择表面构成，具有对入射角稳定，对极化不敏感，双通带、通带范围大、通带范围内损耗小等特点。可以根据不同应用场景的需要设计不同的外形形状。本天线罩结构具有较好的传输特性稳定性，可以在起到保护雷达、通信系统的同时，具有很好的电磁波传输性能。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的周期单元示意图；
图2是本发明的截面图；
图3是本发明的金属屏示意图。
其中，1-第一介质层，2-第一金属屏，3-填充层，4-第二金属屏，5-第二介质层。
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
如图2所示，为本发明的天线罩截面图，包括介质层、金属屏和填充层。天线罩由第一介质层1、第一金属屏2、填充层3、第二金属屏4、第二介质层5依次级联组成。其中第一介质层1和第二介质层5完全相同，第一金属屏2和第二金属屏4完全相同。
第一金属屏2蚀刻在第一介质层1的下表面，第二金属屏4蚀刻在第二介质层5的上表面。
第一介质层1和第二介质层5由ROGERS RO4003C构成，介电常数和介质损耗角分别为3.4、0.0027。
填充层3由PMI泡沫组成，介电常数和介质损耗角为1.15、0.003，也可以选用介电常数和介质损耗角参数相近的其它材料。
第一介质层1和第一金属屏2构成天线罩独立单元，可以作为单层频率选择表面结构天线罩使用，通过中间级联填充层3可以扩展成多层结构。
本优选结构由两个独立单元和一个填充层组成。第一介质层1和第二介质层5的厚度为0.508mm，填充层3的厚度为2.30mm。
第一金属屏2、填充层3、第二金属屏4之间通过胶体连接，胶体的介电常数介于空气的介电常数和介质层的介电常数之间。
如图3所示，第一金属屏和第二金属屏完全相同，为周期单元结构，周期单元为正方形，个数在X，Y任一方向上不少于25个。
如图1所示，为金属屏的周期单元结构。由正方形环、正八边形环和圆形贴片由外到内依次嵌套组合而成。周期单元的大小即为外围正方形的边长。正方形环的外边长为4.80mm，内边长为4.30mm，环宽0.5mm，正八边形环的外边长为1.20mm，内边长为1.03mm，环宽0.2mm，中心圆形贴片的半径为1.14mm。正方形环，正八边形环和圆形贴片的中心相同。
本发明采用了对称的结构，因此天线罩具有较好的极化稳定性。本发明提出的频率选择表面天线罩具有加工方便，对加工精度要求低等优点，可以作为雷达、卫星通信系统的天线罩使用。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种Ka波段卫星通信天线罩，其特征在于，包括介质层、金属屏、填充层，所述介质层包括完全相同的第一介质层和第二介质层，所述金属屏为周期单元结构，包括完全相同的第一金属屏和第二金属屏，所述第一介质层、所述第一金属屏、所述填充层、所述第二金属屏、所述第二介质层依次级联。
2.如权利要求1所述的Ka波段卫星通信天线罩，其特征在于，所述金属屏刻蚀在所述介质层的表面。
3.如权利要求2所述的Ka波段卫星通信天线罩，其特征在于，所述第一金属屏、所述填充层、所述第二金属屏通过胶体连接。
4.如权利要求3所述的Ka波段卫星通信天线罩，其特征在于，所述胶体的介电常数介于空气的介电常数和所述介质层的介电常数之间。
5.如权利要求1所述的Ka波段卫星通信天线罩，其特征在于，所述填充层为PMI泡沫，或介电常数和介质损耗角相近的材料。
6.如权利要求1所述的Ka波段卫星通信天线罩，其特征在于，所述介质层的厚度为0.508mm，所述填充层的厚度为2.30mm。
7.如权利要求1所述的Ka波段卫星通信天线罩，其特征在于，所述周期单元为正方形，由共中心的正方形环、正八边形环、圆形由外向内嵌套组成，所述正方形环的外边与所述周期单元的外边重合。
8.如权利要求7所述的Ka波段卫星通信天线罩，其特征在于，所述周期单元的边长为4.8mm。
9.如权利要求8所述的Ka波段卫星通信天线罩，其特征在于，所述正方形环的宽度为0.5mm，所述正八边形的外边长为1.2mm，宽度为0.2mm，所述圆形的半径为1.14mm。
10.如权利要求7所述的Ka波段卫星通信天线罩，其特征在于，所述周期单元的个数在X，Y任一方向上不少于25个。
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