CN113871848A - 一种星载高增益宽频带小型化复合天线 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种星载高增益宽频带小型化复合天线，包括：多个对数周期振子，所述多个对数周期振子两两交叉，截面成上窄下宽的“Λ”形结构；馈电同轴电缆，分别附在相邻两个对数周期振子上，通过电磁耦合对振子进行馈电。本发明采用变张角的对数周期振子天线，通过交叉放置在金属底板上提高了天线的增益；引入金属耦合环结构，在不额外增加天线外包络尺寸前提下，拓宽了天线低频段的带宽，提高了天线带内方向图稳定性；采用高强度固定绳索在不增加重量及体积前提下改善了天线的结构强度。本发明具有高增益、宽频段的良好电性能，以及低剖面、小型化、整体结构刚度高等良好机械性能。

Description

一种星载高增益宽频带小型化复合天线

技术领域

本发明涉及天线领域，特别是一种星载高增益宽频带小型化复合天线。

背景技术

天线是卫星载荷系统的重要设备，在星载通信、测控等电子系统中，天线往往占据了极大部分的体积及空间。随着电子技术的迅速发展，卫星载荷朝着集成化及多功能化方向发展，相应地，天线在电性能上要求具有更高的增益以及更宽的带宽，而在机械性能上要求具有小型化及低剖面的特性。

对数周期天线是一种宽带定向天线，具有频带宽、增益高、结构简单、造价便宜、质量轻、容易控制极化等优点，它通常作为抛物面、角形反射器或透镜天线的馈源，也可应用于相控阵天线中的辐射单元或超宽带通信天线中，在短波，超短波直至微波等波段的侦察、测向、通信、电子对抗等方面有着广泛应用。

为了提高对数周期天线的增益和方向性，传统的方法是增加天线的有效口径，或者增加天线的纵向高度。然而受制于目前运载火箭及卫星的狭小空间，人们对于星载天线的电气有效口径与高度都提出了严格限制。因此如何在有限空间内进一步拓展天线的增益与带宽有着重要的应用意义。

发明内容

为了解决对数周期天线应用于星载天线的高增益、宽频带与小型化之间的矛盾，本申请提出了一种星载高增益宽频带小型化复合天线，所述天线包括：

多个对数周期振子，所述多个对数周期振子两两交叉，截面成上窄下宽的“Λ”形结构；

馈电同轴电缆，分别附在相邻两个对数周期振子上，通过电磁耦合对振子进行馈电。

在一个可能的实现方式中，所述天线还包括：

金属底板，所述多个对数周期振子的下端与所述金属底板固定连接。

在一个可能的实现方式中，所述金属底板上设置有介质支撑件组件，所述介质支撑件组件分别与每个所述对数周期振子固定连接。

在一个可能的实现方式中，所述对数周期振子包括若干对振子臂，所述振子臂呈“几”字形，从所述天线的底部至顶部每对所述振子臂的长度渐增，所述每对振子臂与所述金属底板呈非平行状态。

在一个可能的实现方式中，所述的对数周期振子数量为四个，与金属底板螺接安装。

在一个可能的实现方式中，所述天线还包括：

金属耦合环，环设在所述多个对数周期振子下部的外围，通过多个弯导电片与所述对数周期振子相连，悬于金属底板上，用于降低电磁场耦合对低频段辐射性能的影响，拓展天线低频带宽。

在一个可能的实现方式中，所述金属耦合环以及所述对数周期振子通过绳索斜拉至所述金属底板上进行固定。

在一个可能的实现方式中，所述天线还包括：

直导电片，所述直导电片两端分别与所述对数周期振子和介质支撑件组件电性连接，用于调节匹配负载和稳固结构强度。

在一个可能的实现方式中，所述天线还包括：设置在所述天线上端顶部的上电桥以及下电桥。

在一个可能的实现方式中，所述上电桥及下电桥相互正交安装，均一端与所述对数周期振子电性固连，另一端与所述馈电同轴电缆的内导体焊接固连。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列有益效果：本发明在对数周期天线的基础上缩小低频段相邻振子长度比和相邻增益长度间距比的比值，因而缩小了整体结构尺寸，降低了天线高度。同时每对振子与地面成一定的夹角，形成变张角对数周期振子。

将两个竖直的对数周期振子相互倾斜成一定角度放置，形成倒“V”字形结构，在激励起对数周期振子的辐射模式的同时，激励起锥形天线的辐射模式，拓展了天线的带宽。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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的附图。

图1为本发明实施例的斜视图；

图2为本发明实施例的半剖图；

图3为本发明实施例中的变张角对数周期振子；

图4为本发明实施例的仿真辐射方向图；

标号说明：

1-变张角对数周期振子；2-金属耦合环；3-金属底板；4-上电桥；

5-下电桥；6-直导电片；7-弯导电片；8-馈电同轴电缆；9-绳索；

10-介质支撑件组件；101-电桥介质支撑块；102-十字介质支撑件A；

103-十字介质支撑件B；104-十字介质支撑件C；105-介质支撑板。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明为了实现光导开关最小化的可重构结构，提高开关运行可靠性及有效寿命，本申请提供以下技术方案。

如图1所示，本申请提供了一种星载高增益宽频带小型化复合天线，包括两对变张角对数周期振子1、两个半圆形金属环拼成的强耦合环2、金属底板3、上电桥4、下电桥5、直导电片6、弯导电片7、馈电同轴电缆8、绳索9、介质支撑件组件10等部件。

两对变张角对数周期振子1通过介质支撑件组件10以特定角度连接成一个截面封闭的整体。变张角对数周期振子1采用电气结构一体化设计，振子作为辐射单元用于发射电磁波，振子下端的金属折弯用于和金属底板3 螺接安装。

如图3所示，对数周期振子包括若干对振子臂，振子臂呈“几”字形，从天线的底部至顶部每对振子臂的长度渐增，每对振子臂与金属底板呈非平行状态。

金属耦合环2通过四个弯导电片7与两对金属变张角对数周期振子1 相连，金属耦合环悬于金属底板之上。

上电桥4及下电桥5相互正交安装，均一端与变张角对数周期振子1 螺接固连，另一端与馈电同轴电缆8的内导体焊接固连；

所述直导电片6两端分别与变张角对数周期振子1和底板介质支撑块 106相连；金属底板3最终安装在以上部件组成的组合体上。

所述绳索9将变张角对数周期振子1的最外围的叶片与金属耦合环2 进行捆扎，并将绳索斜拉至金属底板3上。

优选地，变张角对数周期振子1、强耦合环2、直导电片6及弯导电片 7均采用3A21铝合金薄板冲压制成。

如图2所示，图2为本发明实施例中天线的半剖图。该天线包括设置在天线顶端的电桥介质支撑块101，该电桥介质支撑块101用于连接固定上电桥4及下电桥5。相邻两个变张角对数周期振子1之间采用十字介质支撑件连接固定，例如图2所示，该十字介质支撑件包括处于不同高度位置的十字介质支撑件A102-；十字介质支撑件B103；十字介质支撑件C104。

在变张角对数周期振子1的底部包括介质支撑板105，该介质支撑板 105用于将变张角对数周期振子1与金属底板进行固定。

本发明在对数周期天线的基础上缩小低频段相邻振子长度比和相邻增益长度间距比的比值，因而缩小了整体结构尺寸，降低了天线高度。同时每对振子与地面成一定的夹角，形成变张角对数周期振子。

将两个竖直的变张角对数周期振子相互倾斜成一定角度放置，形成倒“V”字形结构，在激励起对数周期振子的辐射模式的同时，激励起锥形天线的辐射模式，拓展了天线的带宽。

引入金属底板，缓解变张角对数周期天线与锥形天线在互补过程中仍存在的背瓣过高等问题，提高了低频段增益，从而缓解了小型化与高增益之间的矛盾。

在低频段，变张角对数周期天线与周围金属边界条件存在一定的耦合，导致天线辐射方向图畸变。增加一个金属耦合环以降低电磁场耦合对低频段辐射性能的影响，提高天线低频段的辐射效率。

如图4所示，该天线在带内具有稳定的定向方向图，天线具有增益高，后向辐射小的优点，仿真带内增益9.5～12.2dBi。

本发明采用变张角的对数周期振子天线，通过交叉放置在金属底板上提高了天线的增益；引入金属耦合环结构，在不额外增加天线外包络尺寸前提下，拓宽了天线低频段的带宽，提高了天线带内方向图稳定性；采用高强度固定绳索在不增加重量及体积前提下改善了天线的结构强度。本发明具有高增益、宽频段的良好电性能，以及低剖面、小型化、整体结构刚度高等良好机械性能。解决了传统对数周期天线的高增益宽频段与小型化之间的矛盾以及天线轻量化与高刚度之间的矛盾。

本文中应用了具体个例对发明构思进行了详细阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离该发明构思的前提下，所做的任何显而易见的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本发明的保护范围之内。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性地，本申请的真正范围和精神由上述的权利要求指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

应当理解的是，在本文中提及的“多个”是指两个或两个以上。“和/ 或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/ 或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，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 (5)

1.一种星载高增益宽频带小型化复合天线，其特征在于，所述天线包括：

多个对数周期振子，所述多个对数周期振子两两交叉，截面成上窄下宽的“Λ”形结构；

馈电同轴电缆，分别附在相邻两个对数周期振子上，通过电磁耦合对振子进行馈电；

金属耦合环，环设在所述多个对数周期振子下部的外围，通过多个弯导电片与所述对数周期振子相连，悬于金属底板上，用于降低电磁场耦合对低频段辐射性能的影响，拓展天线低频带宽；

所述金属耦合环以及所述对数周期振子通过绳索斜拉至金属底板上进行固定。

2.根据权利要求1所述的一种星载高增益宽频带小型化复合天线，其特征在于，所述金属底板上设置有介质支撑件组件，所述介质支撑件组件分别与每个所述对数周期振子固定连接。

3.根据权利要求2所述的一种星载高增益宽频带小型化复合天线，其特征在于，所述对数周期振子包括若干对振子臂，所述振子臂呈“几”字形，从所述天线的底部至顶部每对所述振子臂的长度渐增，所述每对振子臂与所述金属底板呈非平行状态。

4.根据权利要求1所述的一种星载高增益宽频带小型化复合天线，其特征在于，所述的对数周期振子数量为四个，与金属底板螺接安装。

5.根据权利要求1所述的一种星载高增益宽频带小型化复合天线，其特征在于，所述天线还包括：

直导电片，所述直导电片两端分别与所述对数周期振子和介质支撑件组件电性连接，用于调节匹配负载和稳固结构强度。

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