CN113437507A - 基于弹性接触馈电旋转布阵的Ka频段微带阵列天线 - Google Patents

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王柳杰
朱康
龙婷婷
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Abstract

提供一种基于弹性接触馈电旋转布阵的Ka频段微带阵列天线，包括从上至下的天线辐射单元、馈电网络层、天线底板以及射频插件；所述射频插件自下而上穿过天线底板螺装固定在天线底板内；所述射频插件顶部与馈电网络层弹性接触馈电。本发明与以往的同类天线相比具有尺寸小、小型化、圆极化带宽加宽、低仰角高增益、易装配的特点；更加经济实用，安全稳定可靠。

Description

基于弹性接触馈电旋转布阵的Ka频段微带阵列天线
技术领域
本发明属于无线通讯技术领域，具体涉及一种基于弹性接触馈电旋转布阵的Ka频段微带阵列天线。
背景技术
在卫星通信系统中小型化、天线增益、波束宽度是非常重要的指标。常规的Ka频段天线由于受制于尺寸限制，加大了天线和馈电结构的设计和加工装配的困难，从而影响天线指标，无法满足应用要求。因此在保证天线增益和波束宽度满足指标要求的情况下，设计一种新的制作以及装配更加简单的馈电结构很有必要。
发明内容
本发明解决的技术问题：提供一种基于弹性接触馈电旋转布阵的Ka频段微带阵列天线，与以往同类天线相比，本发明具有尺寸小、圆极化带宽加宽、低仰角增益高、易装配的特点。
本发明采用的技术方案：基于弹性接触馈电旋转布阵的Ka频段微带阵列天线，包括从上至下的天线辐射单元、馈电网络层、天线底板以及射频插件；射频插件自下而上穿过天线底板螺装固定在天线底板内；射频插件顶部与馈电网络层弹性接触馈电。
上述技术方案中，进一步地：天线辐射单元与馈电网络层由高频PCB板通过层压技术制成微带阵列天线结构。
上述技术方案中，优选地：天线辐射单元为微带贴片天线旋转排布结构，旋转排布结构是指以每4个辐射单元组成一个2×2结构的旋转子阵，每个旋转子阵内以每个辐射单元各自的馈电点为中心，4个辐射单元依次按照0°，90°，180°，270°进行旋转；多组4个辐射单元呈正方形点阵均匀分布以组成微带贴片天线旋转排布结构的天线辐射单元。
上述技术方案中，优选地：馈电网络层设于天线底板上方；馈电网络层设计具有移相功能，用于展宽天线圆极化带宽、提升低仰角扫描增益。
上述技术方案中，优选地：天线底板用防锈铝合金制成。
上述技术方案中，进一步地：射频插件为专用射频连接器；射频插件具有的圆柱体中部制有外螺纹；天线底板制有与外螺纹匹配的内螺纹安装孔；射频插件顶部具有弹性接触馈电结构；弹性接触馈电结构与馈电网络层弹性接触馈电。
上述技术方案中，优选地：弹性接触馈电结构为毛纽扣连接结构。
上述技术方案中，优选地：阵列天线的工作极化方式为圆极化。
上述技术方案中，进一步地：阵列天线底部制有多个内螺纹孔；阵列天线制有多个定位通孔。
上述技术方案中，优选地：阵列天线为正方形结构，且阵列天线的正方形尺寸小于等于76mm×76mm；阵列天线的厚度小于等于10mm。
本发明与现有技术相比的优点：
1、本发明安装简单，天线整体体积小，性能良好，可应用于卫星通信系统相控阵天线；具有小型化、宽带圆极化、低仰角增益高且易装配的特点。
2、本发明天线采用高频PCB板通过层压技术制成的微带线结构；通过优化天线单元的排布形状和馈电相移，提高了低仰角增益及圆极化带宽，满足天线性能指标。
4、本发明定制射频插件使得天线易于装配、拆卸和更换。
5、本发明与以往的同类天线相比具有尺寸小、小型化、圆极化带宽加宽、低仰角高增益、易装配的特点。
附图说明
图1为本发明阵列天线的主视图；
图2为本发明阵列天线的剖视图；
图3为图2中的A部放大细节结构示意图；
图4为本发明阵列天线的后视图；
图5为本发明阵列天线的装配示意图；
图6为本发明阵列天线中天线辐射单元与馈电网络层的高频PCB板层压结构示意图；
图7为本发明阵列天线中射频插件的结构示意图；
图中：1-天线辐射单元，2-馈电网络层，3-射频插件，4-天线底板，301-弹性接触馈电结构，302-外螺纹，401-内螺纹安装孔，6-内螺纹孔，5-定位通孔，101-辐射单元。
具体实施方式
下面结合附图1-7描述本发明的具体实施例。
(如图2、图3所示)基于弹性接触馈电旋转布阵的Ka频段微带阵列天线，包括从上至下的天线辐射单元1、馈电网络层2、天线底板4以及射频插件3。阵列天线的结构组成简单，结构紧凑，经济实用。
所述射频插件3自下而上穿过天线底板4螺装固定在天线底板4内；所述射频插件3顶部与馈电网络层2弹性接触馈电。射频插件3螺装在天线底板4内，实现阵列天线的小型化设计，且弹性接触馈电，较焊接馈电连接方式而言，制作加工容易实现，经济实用。
(如6所示图)上述实施例中，进一步地：所述天线辐射单元1与馈电网络层2由三层高频PCB板，通过层压技术制成微带阵列天线结构。
上述实施例中，优选地：所述天线辐射单元1为微带贴片天线旋转排布结构。旋转排布结构是指以每4个辐射单元101组成一个2×2结构的旋转子阵，2×2结构是指正方形点阵结构，即每个辐射单元101分别位于正方形的四个顶点；每个旋转子阵内以每个辐射单元101各自的馈电点为中心，4个辐射单元101依次按照左上、右上、右下、左下的顺序分别以0°，90°，180°，270°进行旋转；多组4个辐射单元101同样呈正方形点阵均匀分布的形式共面进行组合，以组成微带贴片天线旋转排布结构的天线辐射单元1。
上述实施例中，优选地：所述馈电网络层2设于天线底板4上方；所述馈电网络层2的馈电相位为移相设计，移相设计的馈电网络层2的馈电相位用于展宽天线圆极化带宽、提升低仰角扫描增益。
可见，本发明天线采用高频PCB板通过层压技术制成的微带线结构；通过优化天线单元的排布形状和馈电相移，提高了低仰角增益及圆极化带宽，满足天线性能指标。
在此基础上：上述实施例中，优选地：所述天线底板4用防锈铝合金制成。防锈铝合金制作天线底板4，具有轻量化，经济实用，防锈蚀的特性。
(结合图7，参见图5)上述实施例中，进一步地：所述射频插件3为专用射频连接器。专用射频连接器专门设计而成，为非标部件。
所述射频插件3具有的圆柱体中部制有外螺纹302；所述天线底板4制有与外螺纹302匹配的内螺纹安装孔401。(参见图5)以便螺接装配。装配简单可靠。
所述射频插件3顶部具有弹性接触馈电结构301；所述弹性接触馈电结构301与馈电网络层2弹性接触馈电。
上述实施例中，优选地：所述弹性接触馈电结构301为毛纽扣连接结构。
需要说明的是：本发明射频插件3采用弹性接触馈电结构301实现其与馈电网络层2的馈电接触。相比与现有技术而言：首先，本天线的馈电结构采用一种定制的弹性结构件连接器，即弹性接触馈电结构301，弹性接触馈电结构301的毛纽扣连接结构内芯具有弹性特性，内芯长度可伸缩调节，当弹性接触馈电结构301的毛纽扣内芯与馈电网络层2的天线馈电点之间弹性接触后，并将毛纽扣弹性部分挤压紧密接触连接之后，就可实现射频插件3与馈电网络层2两者的可靠连通馈电。因此，该结构阵列天线的射频插件3连接器内芯与天线馈电网络层2之间的连接方式就可从以往的表面焊接改为表面接触。
改成表面接触的优势在于：以往的表面焊接技术，对于多层PCB来说，需要将天线馈电点设置在多层PCB板的内层，因此需要做一些相应的开孔避让，这会加大天线多层板的设计难度和加工难度，并且需要焊接才能实现连通。而本发明采用的表面接触馈电技术，可将天线的馈电点设计在多层PCB板的底层，射频插件3连接器的内芯和馈电网络层2馈电点之间弹性紧密接触后即可实现连通，降低了设计和加工难度，并且不用焊接技术，也可方便多次拆装，提高利用率；具有显著优势，更加经济实用高效，且容易实现。
上述实施例中，优选地：所述阵列天线的工作极化方式为圆极化。
上述实施例中，进一步地：所述阵列天线底部制有多个内螺纹孔6；内螺纹孔用于紧固安装阵列天线；所述阵列天线制有多个定位通孔5，定位通孔用于阵列天线的定位。
上述实施例中，优选地：所述阵列天线为正方形结构，且阵列天线的正方形尺寸小于等于76mm×76mm；所述阵列天线的厚度小于等于10mm。小型化设计的同时，满足系统使用要求，满足性能指标。
通过以上描述可以发现：本发明安装简单，天线整体体积小，性能良好，可应用于卫星通信系统；具有小型化、宽带圆极化、低仰角增益高且易装配的特点。
本发明天线采用高频PCB板通过层压技术制成的微带线结构；通过优化天线单元的排布形状和馈电相移，提高了低仰角增益及圆极化带宽，满足天线性能指标。
此外，本发明定制射频插件使得天线易于装配、拆卸和更换。
综上所述，本发明与以往的同类天线相比具有尺寸小、小型化、圆极化带宽加宽、低仰角高增益、易装配的特点；更加经济实用，安全稳定可靠。
应当理解的是，虽然本说明书按照一个实施方式加以描述，但并非该实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，该实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上述较佳实施例，并非用来限制本发明实施范围，故凡以本发明权利要求所述内容所做的等效变化，均应包括在本发明权利要求范围之内；上述实施例中所用的部件以及材料，如无特殊说明，均为市售。

Claims (10)

1.基于弹性接触馈电旋转布阵的Ka频段微带阵列天线，其特征在于：包括从上至下的天线辐射单元(1)、馈电网络层(2)、天线底板(4)以及射频插件(3)；所述射频插件(3)自下而上穿过天线底板(4)螺装固定在天线底板(4)内；所述射频插件(3)顶部与馈电网络层(2)弹性接触馈电。
2.根据权利要求1所述基于弹性接触馈电旋转布阵的Ka频段微带阵列天线，其特征在于：所述天线辐射单元(1)与馈电网络层(2)由高频PCB板通过层压技术制成微带阵列天线结构。
3.根据权利要求1或2所述基于弹性接触馈电旋转布阵的Ka频段微带阵列天线，其特征在于：所述天线辐射单元(1)为微带贴片天线旋转排布结构，旋转排布结构是指以每4个辐射单元(101)组成一个2×2结构的旋转子阵，每个旋转子阵内以每个辐射单元(101)各自的馈电点为中心，4个辐射单元(101)依次按照0°，90°，180°，270°进行旋转；多组4个辐射单元(101)呈正方形点阵均匀分布以组成微带贴片天线旋转排布结构的天线辐射单元(1)。
4.根据权利要求1或2所述基于弹性接触馈电旋转布阵的Ka频段微带阵列天线，其特征在于：所述馈电网络层(2)设于天线底板(4)上方；所述馈电网络层(2)的馈电相位为移相设计，移相设计的馈电网络层(2)的馈电相位用于展宽天线圆极化带宽、提升低仰角扫描增益。
5.根据权利要求4所述基于弹性接触馈电旋转布阵的Ka频段微带阵列天线，其特征在于：所述天线底板(4)用防锈铝合金制成。
6.根据权利要求1所述基于弹性接触馈电旋转布阵的Ka频段微带阵列天线，其特征在于：所述射频插件(3)为专用射频连接器；所述射频插件(3)具有的圆柱体中部制有外螺纹(302)；所述天线底板(4)制有与外螺纹(302)匹配的内螺纹安装孔(401)；所述射频插件(3)顶部具有弹性接触馈电结构(301)；所述弹性接触馈电结构(301)与馈电网络层(2)弹性接触馈电。
7.根据权利要求6所述基于弹性接触馈电旋转布阵的Ka频段微带阵列天线，其特征在于：所述弹性接触馈电结构(301)为毛纽扣连接结构。
8.根据权利要求1所述基于弹性接触馈电旋转布阵的Ka频段微带阵列天线，其特征在于：所述阵列天线的工作极化方式为圆极化。
9.根据权利要求1所述基于弹性接触馈电旋转布阵的Ka频段微带阵列天线，其特征在于：所述阵列天线底部制有多个内螺纹孔(6)；所述阵列天线制有多个定位通孔(5)。
10.根据权利要求1所述基于弹性接触馈电旋转布阵的Ka频段微带阵列天线，其特征在于：所述阵列天线为正方形结构，且阵列天线的正方形尺寸小于等于76mm×76mm；所述阵列天线的厚度小于等于10mm。
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