CN112259963A - 卫星数传天线 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种卫星数传天线，涉及卫星技术领域。卫星数传天线包括辐射板、中间地板、网络板、下层地板、介质柱、第一探针和接插件。中间地板连接于下层地板，网络板设置于中间地板与下层地板之间，辐射板设置于中间地板的远离网络板的一侧，两个介质柱设置于中间地板，两个第一探针分别穿过一个介质柱并将网络板与辐射板联接，网络板设有功分器，功分器具有三个馈电端，两个第一探针分别连接一个馈电端，接插件连接于下层地板且通过第二探针与第三个馈电端连接。卫星数传天线能够通过功分器为两个阵元进行馈电，提高了增益，加之网络板被集成在辐射板下方，整个卫星数传天线的体积小，剖面低，能够解决微纳小卫星的天线传输不高效的问题。

Description

卫星数传天线

技术领域

本申请涉及卫星技术领域，具体而言，涉及一种卫星数传天线。

背景技术

微纳小卫星是指重量在50kg以下的卫星，这类卫星具有集成度高，制造和发射周期短，成本低廉，载荷灵活等优点。随着商业航天的蓬勃发展，大部分商业航天公司都把微纳卫星作为自己研发的主力卫星，微纳小卫星在遥感、科研和通信等领域发挥的作用越来越重要。

重量超过50kg的卫星体积大安装空间充裕，太阳帆板面积大，能源充足。这类卫星的数传天线受卫星本身的限制很小，可以灵活采用高增益喇叭天线或是相控阵天线。但对微纳小卫星来说，受微纳小卫星体积、重量及功耗的限制，传统的喇叭天线体积大，很容易超出卫星的安装包络，相控阵功耗高，微小卫星很难满足相控阵的能源需求。

如何研制一款满足卫星链路需求的小体积高增益数传天线，将卫星采集的数据快速高效地通过数传天线发送给地面站一直是个难题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种卫星数传天线，其能够改善现有的微纳小卫星的天线不能将采集的数据高效传回地面站的问题。

本申请的实施例是这样实现的：

本申请的实施例提供了一种卫星数传天线，包括：辐射板、中间地板、网络板、下层地板、介质柱、第一探针和接插件；

所述中间地板连接于所述下层地板，所述网络板设置于所述中间地板与所述下层地板之间，所述辐射板设置于所述中间地板的远离所述网络板的一侧，所述中间地板具有通孔，两个所述介质柱设置于所述通孔内，两个所述第一探针分别穿过一个所述介质柱并将所述网络板与所述辐射板联接，所述网络板设有功分器，所述功分器具有三个馈电端，两个所述第一探针分别连接一个所述馈电端，所述接插件连接于所述下层地板且通过第二探针与第三个所述馈电端连接。

该卫星数传天线的网络板集成在辐射板的下方，并且能够通过第一探针连接功分器为两个阵元等幅同相馈电，提高了天线增益的同时，也减小了天线的体积。有效解决了现有问题。

另外，根据本申请的实施例提供的卫星数传天线，还可以具有如下附加的技术特征：

在本申请的可选实施例中，所述网络板包括两层叠合的第一介质板，所述第一介质板上下两面均镀铜。

镀铜的网络板可以为蚀刻功分器或者获得更好的接地效果提供结构基础，方便根据需求加工或者组合。

在本申请的可选实施例中，两个所述第一介质板相向一侧的镀铜层被蚀刻形成所述功分器。

通过蚀刻形成功分器，网络板之间无需另外增设额外的功分器结构，避免增大整体体积。

在本申请的可选实施例中，所述功分器为一分二T型功分器。

一分二T型功分器能够为等幅同相馈电的实施提供结构基础，也方便接地。

在本申请的可选实施例中，所述网络板的边缘等间距分布有金属化通孔。

等间距分布的金属化通孔可以屏蔽信号干扰。

在本申请的可选实施例中，所述网络板的上下两侧分别和所述中间地板、所述下层地板有金属接触。

如此可以进一步获得更好的接地效果。

在本申请的可选实施例中，所述下层地板设有安装槽，所述网络板设置于所述安装槽内且处于所述辐射板的正下方。

通过直接将网络板设置于辐射板的正下方，可以更好地缩减体积。

在本申请的可选实施例中，所述辐射板为两面镀铜的第二介质板，所述第二介质板的背离所述中间地板的一侧设有两个贴片，两个所述贴片分别与一个所述第一探针连接。

两个贴片即为两个阵元，能够提高天线增益。

在本申请的可选实施例中，两个所述贴片的间距大于1/2工作频率的波长。

通过调整贴片的间距可以调整天线的增益，而通过对两个贴片的间距进行限制，可以避免产生栅瓣。

在本申请的可选实施例中，所述贴片为带耳方形贴片，所述带耳方形贴片的方形贴片尺寸为10.7mm×10.7mm，耳片尺寸为2mm×1.47mm。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为卫星数传天线的第一视角下的轴测图；

图2为卫星数传天线的第二视角下的轴测图；

图3为卫星数传天线的爆炸图；

图4为卫星数传天线的剖视图；

图5为卫星数传天线方向图。

图标：100-卫星数传天线；10-辐射板；20-中间地板；30-网络板；31-第一介质板；40-下层地板；41-安装槽；42-台阶；50-第一探针；51-第二探针；60-接插件；70-贴片；101-介质柱；102-功分器。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

实施例

请参照图1至图4，本申请的实施例提供了一种卫星数传天线100，包括：辐射板10、中间地板20、网络板30、下层地板40、介质柱101、第一探针50和接插件60；

中间地板20连接于下层地板40，网络板30设置于中间地板20与下层地板40之间，辐射板10设置于中间地板20的远离网络板30的一侧，中间地板20具有通孔，两个介质柱101设置于通孔内，两个第一探针50分别穿过一个介质柱101并将网络板30与辐射板10联接，网络板30设有功分器102，功分器102具有三个馈电端，两个第一探针50分别连接一个馈电端，接插件60连接于下层地板40且通过第二探针51与第三个馈电端连接。

其中，三个馈电端都带有金属化过孔和焊盘，方便第一探针50穿过并用焊锡固定在焊盘上。在本实施例中，上述辐射板10、中间地板20、网络板30和接插件60通过螺钉固定在下层地板40。本实施例使用了11个安装螺钉，分别用来固定辐射板10、中间地板20以及接插件60，具体的螺钉数量也可以根据连接需求进行调整。

此外，除了螺钉连接，也可以考虑卡接、榫卯接等连接方式，只要不占用额外的安装空间、不影响工作并且保障连接可靠性即可。

需要说明的是，图中的介质柱统一用101表示，并不代表其结构必须完全一致，只要是能够保障探针正常安装即可。

请结合图3和图4，网络板30包括两层叠合的第一介质板31，可以通过半固化片压制形成。第一介质板31上下两面均镀铜。镀铜的网络板30可以为蚀刻功分器102或者获得更好的接地效果提供结构基础，方便根据需求加工或者组合。

在本实施例中，两个第一介质板31相向一侧的镀铜层被蚀刻形成功分器102。通过蚀刻形成功分器102，网络板30之间无需另外增设额外的功分器102结构，避免增大整体体积。进一步的，本实施例的功分器102为一分二T型功分器。一分二T型功分器能够为等幅同相馈电的实施提供结构基础，也方便接地。由于实现了对两个天线阵元等幅同相馈电，提高了天线增益，通过调节两个阵元间的距离可以获得合适的增益和波束宽度。

进一步的，本实施例的网络板30的边缘等间距分布有金属化通孔(未示出)。等间距分布的金属化通孔可以屏蔽信号干扰。

网络板30的上下两侧分别和中间地板20、下层地板40有金属接触。中间地板20采用铝合金加工制成，中间地板20上有孔洞用以穿过介质柱101和第一探针50；下层地板40由铝合金加工而成。

此外，辐射板10为两面镀铜的第二介质板，第二介质板的背离中间地板20的一侧设有两个贴片70，两个贴片70分别与一个第一探针50连接。其中，贴片70上都开设有金属化过孔，第一探针50穿过该金属化过孔，通过焊锡焊接在贴片70上。

金属接触可以进一步获得更好的接地效果，配合等间距分布的金属化通孔，接地效果更好，抗干扰效果也更好。通过直接将网络板30设置于辐射板10的正下方，可以更好地缩减体积。请结合图3，进一步的，下层地板40设有安装槽41，网络板30设置于安装槽41内且处于辐射板10的正下方。下层地板40的底部设有台阶42，用以安装接插件60。

请结合图2，详细的，台阶42的中间有孔，台阶42的两边有螺纹孔，用来拧螺钉以固定接插件60。接插件60由第二探针51、介质柱101、安装法兰和带孔的SMA插座组成，接插件60的介质柱101穿过台阶42中间的孔，第二探针51穿过该介质柱101后到达功分器102的馈电端并通过焊锡固定在该馈电端的焊盘上。安装法兰则通过螺丝固定在下层地板40上。更为详细的，本实施例所用的接插件60为阻抗匹配为50欧姆的SMA-KFD接插件60。

上述两个贴片70即为两个阵元，能够提高天线增益。两个贴片70的间距大于1/2工作频率的波长。通过调整贴片70的间距可以调整天线的增益，而通过对两个贴片70的间距进行限制，可以避免产生栅瓣。

在本实施例中，贴片70为带耳方形贴片，带耳方形贴片的方形贴片尺寸为10.7mm×10.7mm，耳片尺寸为2mm×1.47mm。请结合图5，本实施例的卫星数传天线100工作在7.9GHz-8.2GHz频带内，在整个工作频带内，可以实现在Phi＝360度整个方位角域内，俯仰角Theta在±5度范围内增益≥8dB，在±60度范围内增益≥-5dB。如果往低频偏可以增大贴片70尺寸，如果往高频偏可以减小贴片70尺寸。

进一步的，本实施例的卫星数传天线100为右旋圆极化天线，根据需求，本领域人员也可通过改变阵元馈电位置实现左旋圆极化。

可以选择的是，除了带耳方形贴片，也可以根据数据传输需求选择其他类型的贴片70，只要能够保障有较高增益且工作稳定即可。

由于有安装槽41，且网络板30处于辐射板10下方，使得整个卫星数传天线100的安装后的安装尺寸小于60mm×40mm，安装高度小于10mm。如果采用喇叭天线，则至少需要50mm×50mm×50mm的安装空间。也即是说，本实施例的卫星数传天线100实现了小型化，并且兼顾了低剖面的要求，本实施例的卫星数传天线100的体积优势十分明显，不占用微纳小卫星的额外空间，对于安装空间有限的微纳小卫星来说十分实用。

在实践中可知，要满足卫星告诉数传的链路需求，数传天线就需要有较高的增益，同时由于微纳小卫星的安装空间有限，数传天线需要做到小型化且低剖面。在卫星平台，高速数传天线一般都采用相控阵或高增益喇叭天线的形式。喇叭天线剖面高，体积大；相控阵天线占用空间大，功耗高，对微纳小卫星来说都不是理想的选择。

经过研究与实施，本申请的卫星数传天线100的网络板30集成在辐射板10的下方，并且能够通过第一探针50连接功分器102为两个阵元等幅同相馈电，提高了天线增益的同时，也减小了天线的体积，有效解决了现有问题，能够满足微纳小卫星的数据高效传输需求。

综上所述，本申请的卫星数传天线100能够通过功分器102为两个第一探针50馈电，进而为两个阵元进行馈电，提高了增益，加之网络板30被集成在辐射板10下方，整个卫星数传天线100的体积小，剖面低，能够有效解决现有的微纳小卫星的天线传输不高效的问题。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种卫星数传天线，其特征在于，包括：辐射板、中间地板、网络板、下层地板、介质柱、第一探针和接插件；

所述中间地板连接于所述下层地板，所述网络板设置于所述中间地板与所述下层地板之间，所述辐射板设置于所述中间地板的远离所述网络板的一侧，所述中间地板具有通孔，两个所述介质柱设置于所述通孔内，两个所述第一探针分别穿过一个所述介质柱并将所述网络板与所述辐射板联接，所述网络板设有功分器，所述功分器具有三个馈电端，两个所述第一探针分别连接一个所述馈电端，所述接插件连接于所述下层地板且通过第二探针与第三个所述馈电端连接。

2.根据权利要求1所述的卫星数传天线，其特征在于，所述网络板包括两层叠合的第一介质板，所述第一介质板上下两面均镀铜。

3.根据权利要求2所述的卫星数传天线，其特征在于，两个所述第一介质板相向一侧的镀铜层被蚀刻形成所述功分器。

4.根据权利要求1或3所述的卫星数传天线，其特征在于，所述功分器为一分二T型功分器。

5.根据权利要求1或2所述的卫星数传天线，其特征在于，所述网络板的边缘等间距分布有金属化通孔。

6.根据权利要求1或2所述的卫星数传天线，其特征在于，所述网络板的上下两侧分别和所述中间地板、所述下层地板有金属接触。

7.根据权利要求1所述的卫星数传天线，其特征在于，所述下层地板设有安装槽，所述网络板设置于所述安装槽内且处于所述辐射板的正下方。

8.根据权利要求1所述的卫星数传天线，其特征在于，所述辐射板为两面镀铜的第二介质板，所述第二介质板的背离所述中间地板的一侧设有两个贴片，两个所述贴片分别与一个所述第一探针连接。

9.根据权利要求8所述的卫星数传天线，其特征在于，两个所述贴片的间距大于1/2工作频率的波长。

10.根据权利要求8或9所述的卫星数传天线，其特征在于，所述贴片为带耳方形贴片，所述带耳方形贴片的方形贴片尺寸为10.7mm×10.7mm，耳片尺寸为2mm×1.47mm。

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