CN112350055B - 一种x波段赋形波束天线 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种X波段赋形波束天线，所述天线包括：底板7；微带天线辐射单元2，所述微带天线辐射单元2位于底板7的正面；同轴射频连接器1，所述同轴射频连接器1的内芯穿过所述底板7和所述微带天线辐射单元2，所述同轴射频连接器1焊接于所述微带天线辐射单元2的正面金属层上；介质支撑4，所述介质支撑4设置于所述微带天线辐射单元2上方，所述介质支撑4用于放置多个寄生单元3，所述介质支撑4还用于放置寄生位置调节环5，相邻两个所述寄生单元3之间的距离通过所述寄生位置调节环5调节；天线罩6，所述天线罩6罩位于所述底板7的正面，所述天线罩6用于保护位于所述底板7上的零部件。

Description

一种X波段赋形波束天线
技术领域
本申请涉及一种天线，并且更具体地，涉及一种用于传输X波段无线电波的赋形波束天线。
背景技术
目前，公知的用于卫星的X波段赋形天线，在国外，都用赋形反射面方式直接产生需要的地球赋形波束。它的缺点：1)天线的尺寸较大，一般天线反射面直径为600毫米左右；2)馈线长，超过350毫米。
在国内，X波段赋形天线有四臂螺旋天线形式、波导缝隙阵天线形式、小型赋形反射面天线及波导赋形天线形式等。
四臂螺旋天线的缺点：1)馈线损耗大；2)结构细长，结构强度相对较差；X频段天线尺寸小，螺旋线成型精度对方向图周向均匀影响很大，很难通过调试调整，废品率较高。
波导缝隙阵天线的缺点：1)天线波束在周向不均匀；2)地球赋形波束不好。
小型赋形反射面天线的缺点：适合应用在较大卫星上，尺寸约为Φ320×185，重量约1kg，不适合微小卫星用。
因此，亟需一种用于传输X波段无线电波的赋形波束天线。
发明内容
本申请提供用于传输X波段无线电波的赋形波束天线，能够提供更均匀的赋形波束空间传播。
一方面，提供了一种X波段赋形波束天线，所述天线包括：底板7；微带天线辐射单元2，所述微带天线辐射单元2位于底板7的正面；同轴射频连接器1，所述同轴射频连接器1的内芯穿过所述底板7和所述微带天线辐射单元2，所述同轴射频连接器1焊接于所述微带天线辐射单元2的正面金属层上；介质支撑4，所述介质支撑4设置于所述微带天线辐射单元2上方，所述介质支撑4用于放置多个寄生单元3，所述寄生单元3用于产生赋形波束的，所述介质支撑4还用于放置寄生位置调节环5，相邻两个所述寄生单元3之间的距离通过所述寄生位置调节环5调节；天线罩6，所述天线罩6位于所述底板7的正面，所述天线罩6用于保护位于所述底板7上的零部件；其中，所述微带天线辐射单元2辐射的电磁波用于在所述寄生单元3上耦合产生二次辐射，所述多个寄生单元3产生的二次辐射用于在空间上合成赋形波束。
结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述微带天线辐射单元2为圆极化微带辐射单元。
结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述天线的微波输入接口为所述同轴射频连接器1。
结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述多个寄生单元3均为圆形环，所述圆形环的直径为15mm至18mm之间；相邻两个寄生单元3之间距离位于10mm至15mm之间。
本申请提供一种微小型X波段赋形波束天线，用微带辐射单元提供圆极化辐射源，利用环形寄生单元多次叠加，从而能够解决周向均匀和地球赋形波束的方向性问题，而且，本申请提供的天线具有体积小、重量轻、结构紧凑等优点。
附图说明
图1是本发明微小型X波段赋形波束天线的结构图。
图2是本申请一个实施例的赋形波束方向图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行描述。
图1同轴射频连接器1、微带型圆极化辐射源2、寄生单元3、介质支撑4、寄生单元位置调节环5、天线罩6、底板7。
图1是本发明微小型X频段赋形波束天线的结构图。本发明的装置包括：微带型圆极化辐射源2安装于底板7正面；同轴射频连接器1安装于底板7反面，且同轴射频连接器1的内芯同时穿过底板7以及微带型圆极化辐射源2并焊在微带型圆极化辐射源2的正面金属层上；微带型圆极化辐射源2上方设置有介质支撑4，用于放置寄生单元3和寄生单元位置调节环5；若干个寄生单元3之间的距离控制通过寄生单元位置调节环5实现；天线罩6设置于最外部，用于避免其内部各零件在运输过程中产生损伤；微带型圆极化辐射源2辐射出圆极化电磁波，传播到寄生单元3时，在寄生单元3上耦合出二次辐射，多个寄生单元3产生的二次辐射，在空间合成可以满足一般低轨卫星需要的地球赋形波束圆极化电磁波。
本发明微小型X频段赋形波束天线各关键部件的尺寸根据不同要求采用以下范围：寄生单元的直径为φ15mm～φ18mm，约1.2～1.6倍天线工作波长；寄生单元调节环的高度为10mm～15mm，约0.25～0.45倍天线工作波长。
本天线的电接口为同轴射频接口。天线的机械安装接口可以根据需要确定。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种微小型X波段赋形波束天线，该装置包括：微带型天线辐射单元，介质支撑，多个产生赋形波束的寄生单元，同轴射频连接器；微带型天线辐射单元产生圆极化电磁波，传播到多个环形寄生单元后产生二次辐射，多个寄生单元产生的辐射，在空间合成一般低轨卫星需要的地球赋形波束向空间传播。
本发明微小型X波段赋形波束天线，用微带圆极化辐射源加多个寄生环形单元的方式解决了天线波束在周向不均匀和地球赋形波束匹配不好的问题。同时取得了体积小、重量轻、结构紧凑等有益效果。经测试，本发明微小型X波段赋形波束天线的波束的最大处间隔可达到130°左右，最大波束处的增益大于4dB，轴向波束处的增益大于-5dB，±70°以外波束的天线增益尽量小，前后比优于15dB，波束内圆极化轴比小于8dB，较好地满足了微小卫星的需要。
应用本发明的一个天线样品尺寸为Φ62mm×72mm，重量为70g，适合应用于微小型卫星X波段的数据传输通信系统中。
图2是本申请一个实施例的赋形波束方向图，表明本发明要达到的效果。天线是结构件产品，通过不同的结构形式，达到不同的电性能要求，实现特定的功能。如图2所示的是达到和地球匹配赋形的圆极化方向图辐射，完成卫星和地面站之间信息的有效传输的波束方向图形。调整寄生单元位置调节环5的高度，可以在一定范围内调节方向图赋形的角度。增加寄生单元3的数量，可以在一定范围内提高方向图赋形处的最大增益，但同时也会使天线高度增加，一般4、5个寄生单元3所达到的效果就可以满足低轨卫星数传所需要的方向图对地赋形效果。
下面以某微小卫星X波段数传天线为一实施例，进一步描述本发明。
该天线对增益的要求见下表1，±62°以外，天线波束尽可能小(小于-15dB，即天线的前后比大于20dB)。天线极化为右旋圆极化，圆极化轴比小于6dB。
表1某卫星X波段数传天线增益指标表
波束角度(°) 增益要求(dB)
62 4.00
60 2.5
55 0.5
50 -1.0
45 -2.0
40 -3.0
35 -3.5
30 -4.0
25 -4.5
20 -5.0
15 -5.5
10 -5.5
5 -5.5
0 -5.5
本发明该实施例中，寄生单元的直径为φ16.2mm；寄生单元调节环的高度为12mm；寄生单元的数量为5。
本发明该实施例的测试结果(可参见图2)：天线波束的最大处间隔132°，最大波束处的增益大于4dB，轴向波束处的增益大于0dB，±66°以外的波束尽量小，波束前后比达到了22dB，圆极化轴比小于8dB，较好地满足了应用的需要。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种X波段赋形波束天线，其特征在于，所述天线包括：
底板7；
微带天线辐射单元2，所述微带天线辐射单元2位于底板7的正面；
同轴射频连接器1，所述同轴射频连接器1的内芯穿过所述底板7和所述微带天线辐射单元2，所述同轴射频连接器1焊接于所述微带天线辐射单元2的正面金属层上；
介质支撑4，所述介质支撑4设置于所述微带天线辐射单元2上方，所述介质支撑4用于放置多个寄生单元3，所述寄生单元3用于产生赋形波束的，所述介质支撑4还用于放置寄生位置调节环5，相邻两个所述寄生单元3之间的距离通过所述寄生位置调节环5调节；
天线罩6，所述天线罩6位于所述底板7的正面，所述天线罩6用于保护位于所述底板7上的零部件；
其中，所述微带天线辐射单元2辐射的电磁波用于在所述寄生单元3上耦合产生二次辐射，所述多个寄生单元3产生的二次辐射用于在空间上合成赋形波束；
所述多个寄生单元3均为圆形环，所述圆形环的直径为15mm至18mm之间；相邻两个寄生单元3之间距离位于10mm至15mm之间。
2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述微带天线辐射单元2为圆极化微带辐射单元。
3.根据权利要求1或2所述的天线，其特征在于，所述天线的微波输入接口为所述同轴射频连接器1。
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