CN114069244B - 一种用于卫星的圆极化波导缝隙天线 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种用于卫星的圆极化波导缝隙天线，包括：微带射频板，包括射频芯片和与射频芯片连接的微带线，射频芯片用于发射高频信号，微带线用于将高频信号转换为电磁信号；波导体，与微带射频板连接，波导体内部形成有波导腔体，电磁信号在波导腔体内传播，波导体远离微带射频板的腔壁开设有波导缝隙组合，波导缝隙组合用于对在波导腔体内传播的电磁信号进行圆极化辐射。通过设置波导腔体和开设在波导腔体上的波导缝隙组合作为天线的辐射系统，实现了高增益，高效率，低副瓣的优点；设置微带射频板作为天线的馈电系统，使得天线具有结构简单，易于集成且成本较低的优点。

Description

一种用于卫星的圆极化波导缝隙天线
技术领域
本申请涉及卫星通信领域，具体而言，涉及一种用于卫星的圆极化波导缝隙天线。
背景技术
现有商用卫星通常采用平板天线、反射面天线、透镜天线或波导缝隙天线。平板天线具有轮廓低、可集成有源器件、可实现辐射单元与网络一体化设计的优点。但是，平板天线的介质损耗较大，且存在漏波效应，天线单元增益低、馈电网络损耗大。
反射面天线，具有较好的射频性能，还具有差损低、辐射效率高的优点，但反射面天线物理尺寸较大，不适用在一些安装空间狭小的场合。
透镜天线与反射面天线类似，通常采用馈源照射介质球、介质饼等，使波束聚焦，实现高增益照射的目的，但与反射面天线同样具有天线体积尺寸过大的问题。
波导缝隙天线具有传输功率容量大、损耗小、高效率、高增益、高功率、低副瓣的优点，但是波导缝隙天线的馈电系统和辐射系统一体化设计，呈板状结构，不易集成、结构复杂且成本价格高。
由此可见，现有的供商用卫星使用的天线存在不易集成、成本较高且增益较低等问题。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种用于卫星的圆极化波导缝隙天线，用以改善现有技术中的供商用卫星使用的天线存在不易集成、成本较高且增益较低的问题。
第一方面，本发明提供一种用于卫星的圆极化波导缝隙天线，包括：微带射频板，包括射频芯片和与所述射频芯片连接的微带线，所述射频芯片用于发射高频信号，所述微带线用于将所述高频信号转换为电磁信号；波导体，与所述微带射频板连接，所述波导体内部形成有波导腔体，所述电磁信号在所述波导腔体内传播，所述波导体远离所述微带射频板的腔壁开设有波导缝隙组合，所述波导缝隙组合用于对在所述波导腔体内传播的电磁信号进行圆极化辐射。
本申请实施例提供的圆极化波导缝隙天线由波导腔体和开设在波导腔体上的波导缝隙组合作为天线的辐射系统，实现了高增益，高效率，低副瓣的优点；将微带射频板作为天线的馈电系统，使得天线具有结构简单，易于集成及成本较低的优点。
在可选的实施方式中，所述波导体与所述微带射频板固定连接，所述微带射频板与所述波导缝隙组合所在的腔壁相互平行，所述圆极化波导缝隙天线还包括转接器模块，所述转接器模块用于将所述电磁信号自所述微带线导入所述波导腔体。
在可选的实施方式中，所述转接器模块为同轴转接器；所述射频芯片和所述微带线设置在所述微带射频板远离所述波导体的一侧；所述波导体靠近所述微带射频板的腔壁开设有第一通孔，所述微带射频板上开设有与所述第一通孔对应的第二通孔；所述同轴转接器的本体与所述微带线连接，所述同轴转接器的探针先后通过所述第二通孔和第一通孔伸入所述波导腔体内。
本申请实施例提供的圆极化波导缝隙天线采用微带-同轴-波导缝隙的天线设计，使得圆极化波导缝隙天线具有易于集成、结构简单及成本较低的优点。此外，在波导腔体和微带射频板上开设通孔，保证同轴转接器与波导腔体之间的稳定性，减少由于振动引起的碰撞。
在可选的实施方式中，所述波导腔体为长方形腔体，所述同轴转接器的探针与所述波导腔体的第一内端壁的距离为1/4波导波长，所述同轴转接器的探针伸入所述波导腔体内的长度为1/4波导波长，所述第一内端壁为所述波导腔体的两内端壁中与所述探针距离较近的内端壁。
本申请实施例中，同轴转接器通过上述方式进行设置，能够保证圆极化波导缝隙天线的高增益并降低损耗。
在可选的实施方式中，所述转接器模块包括微带天线和转接波导体，所述微带天线和所述射频芯片设置在所述微带射频板上，所述微带天线和所述射频芯片的位置相对于所述波导体在所述微带射频板上的同一侧，所述微带天线在所述微带射频板上位置与所述转接波导体的底面在所述微带射频板上的位置相互重合，所述射频芯片在所述微带射频板上的位置与所述波导体在所述微带射频板上的位置部分重合，所述微带天线通过所述微带线与所述射频芯片连接；所述转接波导体底面设置在所述微带射频板上，所述转接波导体沿其延伸方向开设有转接波导腔体，所述波导腔体的第一内端壁上开设有连接孔，所述第一内端壁为所述波导腔体的两内端壁中靠近所述转接波导体的内端壁，所述转接波导腔体通过所述连接孔与所述波导腔体连通，所述微带天线位于所述转接波导体底面且设置在所述转接波导体的腔体内，所述电磁信号经所述微带天线通过所述转接波导腔体及所述连接孔导入所述波导腔体中。
在可选的实施方式中，所述微带射频板与所述波导缝隙组合所在腔壁相互垂直，所述波导体与所述微带射频板固定连接，所述波导体在所述波导缝隙组合所在腔壁的对立面开设有第三通孔，所述微带线通过所述第三通孔伸入所述波导腔体内，所述射频芯片设置于微带射频板上，与所述微带线连接。
在可选的实施方式中，所述圆极化波导缝隙天线还包括同轴线，所述波导腔体上设有第一同轴转接头，所述第一同轴转接头上耦合有探针，所述探针伸入所述波导腔体内；所述微带射频板上设有与所述微带线耦合的第二同轴转接头；所述同轴线一端与所述第一同轴转接头连接，另一端与所述第二同轴转接头连接。
本申请实施例通过在波导体上设置第一同轴转接头以及在微带射频板上设置第二同轴转接头，由同轴线连接微带射频板和波导体，从而使微带射频板和波导体无需固定连接，可以灵活选择设置位置，从而提高圆极化波导缝隙天线的共形能力。此外，本申请提供的多个实施例中，波导体和微带射频板可以为互相垂直、互相平行或通过同轴线连接，从而可以适应与具有不同内部空间的卫星，便于将本申请提供的圆极化波导缝隙天线安装搭载在不同空间尺寸和型号的卫星上。
在可选的实施方式中，所述波导缝隙组合为X型缝隙、U型缝隙对、波导窄边开缝及其寄生偶极子或分离人型缝隙对中的一种。
在可选的实施方式中，所述波导腔体包括第一内端壁和第二内端壁，所述第二内端壁相较于所述第一内端壁位于所述电磁信号传输方向的下游位置，所述波导缝隙组合为所述分离人型缝隙对，所述分离人型缝隙对末端设置有第一开缝，所述第一开缝为T型缝隙，所述T型缝隙包括横向延伸部和纵向延伸部，所述横向延伸部的长度为1/2波导波长，所述纵向延伸部的长度为1/2波导波长，所述T型缝隙与所述波导腔体的第一内端壁相对的第二内端壁的距离为1/4波导波长。
本申请实施例设置第一开缝，吸收在信号传输过程中的剩余能量，可以有效避免剩余能量影响同轴转接器的探针对信号的扩散和吸收，从而提高圆极化波导缝隙天线的传输带宽，优化极化纯度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请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为本申请实施例提供的第一种圆极化波导缝隙天线的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的图1的俯视图；
图3为本申请实施例提供的第一种圆极化波导缝隙天线未组装时的结构示意图；
图4为本申请实施例提供的第二种圆极化波导缝隙天线的结构示意图；
图5为本申请实施例提供的第三种圆极化波导缝隙天线的结构示意图；
图6为本申请实施例提供的第四种圆极化波导缝隙天线的结构示意图。
图标：10-圆极化波导缝隙天线；100-微带射频板；101-微带线；102-第二通孔；103-射频芯片；200-波导体；201-波导腔体；202-波导缝隙组合；203-第一通孔；204-第一开缝；205-第三通孔；300-同轴转接器；301-同轴转接器的探针；401-微带天线；402-转接波导体；601-第一同轴转接头；602-同轴探针；603-第二同轴转接头；604-同轴线。
具体实施方式
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描述。
本申请提供的一种用于卫星的圆极化波导缝隙天线，包括：微带射频板和波导体。
微带射频板可以为集成射频发射链路或射频接收链路，具有形成高频信号的能力，并集成到PCB上，且可通过微带线引出电磁信号，其主要功能为为圆极化波导缝隙天线提供电磁信号源。
微带射频板包括射频芯片和与射频芯片连接的微带线，射频芯片用于发射高频信号，微带线用于将高频信号转换为电磁信号。射频芯片可以为射频收发链路，具有形成高频信号的能力。采用微带射频板作为圆极化波导缝隙天线的馈电系统，微带射频板具有集成化高且易于集成的优点。
波导体与微带射频板连接，波导体内部形成有波导腔体，电磁信号在波导腔体内传播。波导腔体可以为矩形腔体、圆形腔体等，本申请对此不作限定。
波导体远离微带射频板的腔壁开设有波导缝隙组合，波导缝隙组合用于对在波导腔体内传播的电磁信号进行圆极化辐射，从而使得信号具有高增益、高效率、低副瓣的特点。为了实现圆极化辐射，波导缝隙组合可以为X型缝隙、U型缝隙对、波导窄边开缝及其寄生偶极子或分离人型缝隙对等，本申请对波导缝隙组合的具体结构不做限定。
本申请实施例提供的圆极化波导缝隙天线由波导腔体和开设在波导腔体上的波导缝隙组合作为天线的辐射系统，实现了高增益，高效率，低副瓣的优点；将微带射频板作为天线的馈电系统，使得天线具有结构简单，易于集成且成本较低的优点。
作为一种可选的实施方式，为了实现微带射频板与波导缝隙组合平行设置，圆极化波导缝隙天线还可以包括转接器模块。波导体与微带射频板固定连接，转接器模块用于将电磁信号自微带线导入波导腔体。
可选的，请参阅图1-图3，本实施例提供一种用于卫星的圆极化波导缝隙天线的具体结构，本申请实施例中，转接器模块为同轴转接器。
如图3所示，圆极化波导缝隙天线10包括微带射频板100、波导体200和同轴转接器300。
波导体200内部形成波导腔体201。如图1-图3所示，波导腔体201为矩形腔体。
波导体200的远离微带射频板100的腔壁上开设有波导缝隙组合202，波导缝隙组合202为分离人型缝隙对。
微带射频板100上集成有射频芯片（图1-图3中未示出）。微带射频板100上设置有微带线101，与射频芯片连接。射频芯片和微带线101设置在微带射频板100远离波导体200的一侧。
同轴转接器300的材料介质与微带射频板100的材料介质相同。为了保证同轴转接器300与波导腔体201之间的稳定性，减少由于振动引起的碰撞，在波导体200靠近微带射频板100的腔壁上开设有第一通孔203，在微带射频板100上开设有第二通孔102。微带射频板100、波导体200和同轴转接器300如图2所示组合形成圆极化波导缝隙天线。其中，同轴转接器300的本体与微带线101连接，同轴转接器300的探针先后通过第二通孔102和第一通孔203伸入波导腔体201内。
进一步地，为了保证圆极化波导缝隙天线高增益并降低损耗，同轴转接器300的探针301与波导腔体201的第一内端壁（图3中波导腔体201左侧内端壁）的距离S1为1/4波导波长，同轴转接器300的探针301伸入波导腔体201内的长度为1/4波导波长。
进一步地，分离人型缝隙对末端可以设置有第一开缝204。该第一开缝204可以为T型缝隙。该T型缝隙包括横向延伸部和纵向延伸部，横向延伸部的长度F1为1/2波导波长，纵向延伸部的长度F2为1/2波导波长，T型缝隙与波导腔体201的第一内端壁相对的第二内端壁（图3中波导腔体201右侧内端壁）的距离S2为1/4波导波长。
本实施例中，在分离人型缝隙对末端设置第一开缝204，在信号传输过程中，第一开缝204用于吸收同轴转接器300的探针扩散到波导腔体201内部且未被分离人型缝隙通孔对组合传输到外部环境中的剩余能量，可以有效避免剩余能量影响同轴转接器300的探针对信号的扩散和吸收，从而提高圆极化波导缝隙天线的传输带宽，优化极化纯度。
进一步地，在微带线101与同轴转接器300的连接处，设置扩宽铜板，优化由于同轴转接器300内导体与微带线101内金属导带相连接部分的不连续性造成的高次模，解决其带来的高次模能量损耗。
可选的，请参阅图4，本实施例提供另一种用于卫星的圆极化波导缝隙天线的具体结构，本申请实施例中，转接器模块包括微带天线401和转接波导体402。
如图4所示，微带天线401设置在微带射频板100上，微带天线401和射频芯片103的位置相对于波导体200在微带射频板100上的同一侧，微带天线401在微带射频板100上位置与转接波导体402的底面在微带射频板100上的位置相互重合，射频芯片103在微带射频板100上的位置与波导体200在微带射频板100上的位置部分重合，微带天线401通过微带线101与射频芯片103连接与微带线101连接。
转接波导体402底面设置在微带射频板100上，转接波导体402沿其延伸方向开设有转接波导腔体。该转接波导腔体为一90度转角的波导腔体。波导腔体201的第一内端壁（图4中波导腔体201左侧内端壁）上开设有连接孔，转接波导腔体通过该连接孔与波导腔体201连通。微带天线401位于转接波导体底面且设置在转接波导体的腔体内，电磁信号经微带天线401通过转接波导腔体及连接孔导入波导腔体201中。
本实施例中，微带射频板100上的射频芯片103和微带线101设置在靠近波导缝隙组合202的一面，射频芯片103与微带线101连接，通过微带线101将射频芯片103发送的高频信号转换为电磁信号。微带线101与微带天线401连接，电磁信号通过微带天线在转接波导腔体中传播。转接波导腔体与波导腔体201连通，将电磁信号传播到波导腔体201中，最后由设置在波导腔体201上的波导缝隙组合202对在波导腔体201内传播的电磁信号进行圆极化辐射。
需要说明的是，本实施例中，微带射频板100、波导体200、波导腔体201、波导缝隙组合202的结构以及各结构之间的连接关系与前述实施例相同，为使说明书简洁，在此不做赘述。
作为一种可选的实施方式，微带射频板与波导缝隙组合还可以垂直设置。如图5所示，本实施例中，微带射频板100与波导缝隙组合202相互垂直，波导体200与微带射频板100固定连接。波导体200在波导缝隙组合202所在腔壁的对立面开设有第三通孔205，设置在微带射频板100上的射频芯片103与微带线101连接，通过微带线101将射频芯片103发送的高频信号转换为电磁信号。微带线101通过该第三通孔205伸入波导腔体201内，以使电磁信号在波导腔体201内传播，进而由设置在波导腔体201上的波导缝隙组合202对在波导腔体201内传播的电磁信号进行圆极化辐射。
进一步地，如图5所示，伸入波导腔体201内部的微带线101与波导腔体201内壁面的距离S3为1/4波导波长。
需要说明的是，本实施例中，微带射频板100、波导体200、波导腔体201、波导缝隙组合202的结构以及各结构之间的连接关系与前述实施例相同，为使说明书简洁，在此不做赘述。
需要说明的是，上述各实施例中，微带射频板100和波导体200可以通过焊接、螺纹固定或点胶的方式固定连接。
作为一种可选的实施方式，请参阅图6，考虑到卫星上的空间存在限制，在波导体200上设置第一同轴转接头601，该同轴转接头上耦合有一同轴探针602，该同轴探针602深入波导腔体201内；在微带射频板100上设置第二同轴转接头603，第二同轴转接头603与微带线101耦合，微带射频板100和波导体200通过同轴线604连接。需要说明的是，本申请实施例中，微带射频板100和波导体200无需固定连接，可以灵活选择设置位置，从而提高圆极化波导缝隙天线的共形能力。
作为一种可选的实施方式，圆极化波导缝隙天线还可以包括一保护壳体，保护壳体将圆极化波导缝隙天线的其余结构包裹，仅将波导缝隙组合裸露在外，减慢设备的氧化过程，并尽可能减少使用过程中的摩擦和碰撞。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置，可以通过其它的方式实现。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，又例如，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通信接口，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。
另外，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。
再者，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，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 (3)

1.一种用于卫星的圆极化波导缝隙天线，其特征在于，包括：
微带射频板，包括射频芯片和与所述射频芯片连接的微带线，所述射频芯片用于发射高频信号，所述微带线用于将所述高频信号转换为电磁信号；
波导体，与所述微带射频板连接，所述波导体内部形成有波导腔体，所述电磁信号在所述波导腔体内传播，所述波导体远离所述微带射频板的腔壁开设有波导缝隙组合，所述波导缝隙组合用于对在所述波导腔体内传播的电磁信号进行圆极化辐射；
所述波导体与所述微带射频板固定连接，所述微带射频板与所述波导缝隙组合所在的腔壁相互平行，所述圆极化波导缝隙天线还包括转接器模块，所述转接器模块用于将所述电磁信号自所述微带线导入所述波导腔体；
所述转接器模块包括微带天线和转接波导体，所述微带天线和所述射频芯片设置在所述微带射频板上，所述微带天线和所述射频芯片的位置相对于所述波导体在所述微带射频板上的同一侧，所述微带天线在所述微带射频板上位置与所述转接波导体的底面在所述微带射频板上的位置相互重合，所述射频芯片在所述微带射频板上的位置与所述波导体在所述微带射频板上的位置部分重合，所述微带天线通过所述微带线与所述射频芯片连接；
所述转接波导体底面设置在所述微带射频板上，所述转接波导体沿其延伸方向开设有转接波导腔体，所述波导腔体的第一内端壁上开设有连接孔，所述第一内端壁为所述波导腔体的两内端壁中靠近所述转接波导体的内端壁，所述转接波导腔体通过所述连接孔与所述波导腔体连通，所述微带天线位于所述转接波导体底面且设置在所述转接波导体的腔体内，所述电磁信号经所述微带天线通过所述转接波导腔体及所述连接孔导入所述波导腔体中。
2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述波导缝隙组合为X型缝隙、U型缝隙对、波导窄边开缝及其寄生偶极子或分离人型缝隙对中的一种。
3.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，所述波导腔体包括第一内端壁和第二内端壁，所述第二内端壁相较于所述第一内端壁位于所述电磁信号传输方向的下游位置，所述波导缝隙组合为所述分离人型缝隙对，所述分离人型缝隙对末端设置有第一开缝，所述第一开缝为T型缝隙，所述T型缝隙包括横向延伸部和纵向延伸部，所述横向延伸部的长度为1/2波导波长，所述纵向延伸部的长度为1/2波导波长，所述T型缝隙与所述第二内端壁的距离为1/4波导波长。
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