CN114421117A - 一种星载多频段一体化接收天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种星载多频段一体化接收天线，包括L频段多波束天线阵列、VHF频段天线阵列、底座、L频段天线固定座和一体化接收机；一体化接收机和L频段天线固定座均固定在底座的顶面中心；底座的横截面为正N边形，L频段天线固定座的横截面为正M边形，每个侧面呈现α倾角，L频段多波束天线阵列设置在L频段天线固定座上。本发明的VHF频段天线采用阵列可实现多个碰撞信号盲分离需，L频段天线可同时产生多波束覆盖监视区域，天线整体呈现可伸缩状态，收拢状态包络尺寸小便于小卫星平台安装，发射入轨后通过柔性展开机械机构，实现双体制同时高性能接收处理。

Description

一种星载多频段一体化接收天线

技术领域

本发明属于天线领域，具体涉及一种星载多频段一体化接收天线。

背景技术

AIS(Automatic Identification System)和ADS-B(Automatic DependentSurveillance-Broadcast)系统是一种基于卫星导航和通信数据链的主动监视技术，船舶和飞机全向广播包含身份、位置和状态等信息的射频信号。小卫星搭载的AIS和ADS-B信号接收系统可以采集星下可视区域内的AIS和ADS-B终端发送的信号并进行预处理，将预处理数据下传至地面站进一步复杂处理，实现船舶和飞机高精度定位和跟踪，为民机、民船提供监管、协调、防碰撞等服务。天基数据采集系统能够突破地基监测受地形环境的制约，监测范围更广，在国内外得到日渐广泛的应用。小卫星具有功能密度高，研制周期短、成本低、发射灵活等优点，通过低轨小卫星星座可实现全天时、全天候、全地域的ADS-B/AIS信号接收。

为了保证大范围监测性能，需要接收天线波束具备一定增益的广域覆盖能力。由于AIS和ADS-B信号的信号特征不同，对接收天线的增益、瞬时覆盖范围提出不同的要求。AIS天线工作在VHF频段(162MHz)，天线尺寸较大(大于1/4波长)，难以实现大规模组阵，要实现对星下广域覆盖，同时克服大视角路径损耗带来的链路损失，就需要以较少的天线数目实现对地赋形波束。ADS-B天线工作在L频段(1090ES模式1090MHz)，系统对天线增益要求较高，根据轨道高度的不同，要求波束宽度内增益达到7～10dB，要实现广域覆盖和防碰撞，需要同时产生多个高增益波束，通常使用阵列来实现。

星载监测系统的日渐趋于一体化设计，现有的AIS天线阵列和ADS-B天线阵列未能考虑一体化设计，无法满足星载AIS和ADS-B监测系统一体化设计需求。因此，亟需开展星载平台的多频段一体化天线技术。

发明内容

本发明针对星载AIS和ADS-B监测系统对AIS和ADS-B信号一体化接收问题，提出了一种星载多频段一体化接收天线，满足星载AIS和ADS-B监测系统对接收天线高增益、广域覆盖范围、小卫星平台可安装性等需求，实现AIS和ADS-B信号的一体化接收。

实现本发明的技术解决方案为：一种星载多频段一体化接收天线，包括L频段多波束天线阵列、VHF频段天线阵列、底座、L频段天线固定座和一体化接收机；一体化接收机和L频段天线固定座均固定在底座的顶面中心；底座的横截面为正N边形，4≤N≤6，L频段天线固定座的横截面为正M边形，4≤M≤6，每个侧面呈现α倾角，60°≤α≤90°，L频段多波束天线阵列设置在L频段天线固定座上。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：本发明提供了一种适用于星载AIS和ADS-D监测系统的VHF频段和L频段一体化接收天线，VHF频段天线采用阵列可实现多个碰撞信号盲分离需，L频段天线可同时产生多波束覆盖监视区域，天线整体呈现可伸缩状态，收拢状态包络尺寸小便于小卫星平台安装，发射入轨后通过柔性展开机械机构，实现双体制同时高性能接收处理，适用于星载AIS和ADS-B一体化监测系统对民航与民用船只的监测，提供全球航空/航海综合监视应用服务。

附图说明

图1为本发明天线的立体展开结构示意图。

图2为本发明天线的爆炸图。

图3为本发明天线VHF频段阵列天线单元在156MHz、160MHz、163MHz时的2D仿真方向图。

图4为本发明天线L频段多波束天线阵列顶面天线和侧面天线在仰方向增益覆盖曲线图。

图5本发明L频段多波束阵列波束合成增益覆盖方向图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果改特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本发明地描述中，“多个”地含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体地限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应作广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；“连接”可以是机械连接，也可以是电连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围指内。

下面将结合本设计实例对具体实施方式、以及本次发明的技术难点、发明点进行进一步介绍。

如图1所示，本发明所述的一种星载多频段一体化接收天线，适用于星载AIS和ADS-B监测系统的VHF频段和L频段。所述星载多频段一体化接收天线包括L频段多波束天线阵列、VHF频段天线阵列、底座1、L频段天线固定座2和一体化接收机8。一体化接收机8和L频段天线固定座2均固定在底座1的顶面中心。底座1的横截面为正N边形，4≤N≤6，L频段天线固定座2的横截面为正M边形，4≤M≤6，每个侧面呈现α倾角，60°≤α≤90°，L频段多波束天线阵列设置在L频段天线固定座2上，L频段多波束天线阵列、VHF频段天线阵列分别与一体化接收机8连接通信。

其中，所述L频段多波束天线阵列包括单天线4和P组共型子阵3，P＝M，单天线4固定在L频段天线固定座2顶面，L频段天线固定座2的每个外侧壁上设有一组共型子阵3，共型子阵3采用线性布阵，同一个共型子阵中的阵元间距为工作波长的半波长。

进一步地，结合图2，共型子阵3中的阵元选用空气微带天线，单天线4为正交振子天线，同一个共型子阵3中的空气微带天线通过一个子阵馈电网络与一体化接收机8相连，单天线4通过子阵馈电网络与一体化接收机8相连。

如图1所示，所述VHF频段天线阵列包括K个辐射单元和VHF频段馈电网络6，其中K＝N，K个辐射单元均匀环绕正N边形底座1的顶面边缘设置，两者之间转动连接。

进一步地，所述转动连接由铰链7实现，可使K个VHF频段辐射单元沿矩形底座1的顶面向上折叠90度，至聚拢状态。弹射展开后，K个VHF频段辐射单元为一个平面，如图1所示。

本发明中，VHF频段天线阵列的辐射单元的结构如图2所示，包括：辐射阵元51、馈电网络6和阵元固定架52；辐射阵元51固定在阵元固定架52上，阵元固定架52与矩形底座1通过铰链7衔接，使得K个VHF频段辐射单元折叠90度，辐射阵元51通过馈电网络6与一体化接收机8相连。一体化接收机8实现对VHF频段信号与L频段信号的一体化接收处理。

所述L频段多波束天线阵列，可通过馈电网络使各辐射单元产生固定的相位差，从而实现波束指向控制；L频段天线固定座2侧面P组共型子阵3形成方位向360°，俯仰向30°～60°覆盖；固定座2顶面单天线4波束俯仰0°～30°，方位向360°覆盖；最终实现对俯仰向0°～60°，方位向360°大范围高增益覆盖。

因此，本发明采用上述结构具有结构紧凑、集成度高、可靠性高的特点，同时实现了VHF频段阵列接收和L频段高增益同时多波束，满足AIS和ADS-B一体化接收系统星载广域探测需求。

为了验证本发明的星载多频段一体化接收天线同时具备实现VHF频段阵列接收和L频段的高增益同时多波束功能，特列举以实施列进行说明。

实施例1

如图1所示，本实施例中，提出一种星载多频段一体化接收天线，由L频段多波束天线阵列、VHF频段天线阵列、底座1、L频段天线固定座2组成。L频段天线固定座2固定在底座1的顶面中心。底座1的横截面为正4边形，L频段天线固定座2的横截面为正6边形，每个侧面呈现80°倾角，L频段多波束天线阵列设置在L频段天线固定座2上。

其中，所述L频段多波束天线阵列包括单天线4和6组共型子阵3，单天线4固定在L频段天线固定座2顶面，L频段天线固定座2的每个竖直外侧壁上设有一组共型子阵3，共型子阵3采用线性布阵，同一个共型子阵中的阵元间距为工作波长的半波长。

进一步地，结合图2，共型子阵3由4个天线单元组成，且阵元选用空气微带天线，单天线4为正交振子天线，同一个共型子阵3中的4个空气微带天线通过一个子阵馈电网络与一体化接收机8相连，单天线4通过子阵馈电网络与一体化接收机相连。

如图1所示，所述VHF频段天线阵列包括4个辐射单元和VHF频段馈电网络6，其中，4个辐射单元均匀环绕矩形底座1的顶面边缘设置，两者之间转动连接。

进一步地，所述转动连接由铰链7实现，可使4个VHF频段辐射单元沿矩形底座1的顶面向上折叠90度，至聚拢状态。弹射展开后，4个VHF频段辐射单元为一个平面，如图1所示。

本实施例中，所述VHF频段天线阵列的辐射单元的结构如图2所示，包括：辐射阵元51、馈电网络6和阵元固定架52；辐射阵元51固定在阵元固定架52上，阵元固定架52与矩形底座1通过铰链7衔接，使得4个VHF频段辐射单元折叠90度，辐射阵元51通过馈电网络6与一体化接收机相连。一体化接收机实现对VHF频段信号与L频段信号的一体化接收处理。

进一步地，VHF频段天线阵列的辐射单元51为人工磁导体天线，整体为低剖面螺旋结构，螺旋结构为金属材料，馈电网络6采用3dB电桥馈电。VHF频段天线阵列天线单元在156MHz、160MHz、163MHz时的2D仿真方向图如图3所示。

所述L频段多波束天线阵列，可通过馈电网络使各辐射单元产生固定的相位差，从而实现波束指向控制；L频段天线固定座2侧面6组共型子阵3形成方位向360°，俯仰向30°～60°覆盖；固定座2顶面单天线4波束俯仰0°～30°，方位向360°覆盖；最终形成7波束，最终实现对俯仰向0°～60°，方位向360°大范围高增益覆盖，如图3、图4、图5所示。

其中，固定座2侧面6组共型子阵3分别形子波束1～子波束6，固定座顶面单天线形成波束7，波束覆盖范围如表1所示。

表1多波束空域覆盖范围

综上，验证了本发明的星载一体化接收天线VHF频段天线阵列的宽带大范围覆盖，L频段多波束阵列的高增益同时多波束，满足AIS和ADS-B一体化接收系统星载广域探测需求。

需要说明的是，以上说明仅是本发明的优选实施方法，对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明技术构思前提下还可以做出的改变或改进，都包括在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种星载多频段一体化接收天线，其特征在于：包括L频段多波束天线阵列、VHF频段天线阵列、底座(1)、L频段天线固定座(2)和一体化接收机(8)；一体化接收机(8)和L频段天线固定座(2)均固定在底座(1)的顶面中心；底座(1)的横截面为正N边形，4≤N≤6，L频段天线固定座(2)的横截面为正M边形，4≤M≤6，每个侧面呈现α倾角，60°≤α≤90°，L频段多波束天线阵列设置在L频段天线固定座(2)上。

2.根据权利要求1所述的星载多频段一体化接收天线，其特征在于：所述L频段多波束天线阵列包括单天线(4)和P组共型子阵(3)，P＝M，单天线(4)固定在L频段天线固定座(2)顶面，L频段天线固定座(2)的每个外侧壁上设有一组共型子阵(3)，共型子阵(3)采用线性布阵，同一个共型子阵中的阵元间距为工作波长的半波长。

3.根据权利要求2所述的星载多频段一体化接收天线，其特征在于：共型子阵(3)中的阵元选用空气微带天线，单天线(4)为正交振子天线，同一个共型子阵(3)中的空气微带天线通过一个子阵馈电网络与一体化接收机(8)相连，单天线(4)通过子阵馈电网络与一体化接收机(8)相连。

4.根据权利要求3所述的星载多频段一体化接收天线，其特征在于：所述VHF频段天线阵列包括K个辐射单元和VHF频段馈电网络(6)，其中K＝N，K个辐射单元均匀环绕正N边形底座(1)的顶面边缘设置，两者之间转动连接，使K个VHF频段辐射单元沿矩形底座(1)的顶面向上折叠90度，至聚拢状态；弹射展开后，K个VHF频段辐射单元为一个平面。

5.根据权利要求4所述的星载多频段一体化接收天线，其特征在于：辐射单元包括辐射阵元(51)、馈电网络(6)和阵元固定架(52)；辐射阵元(51)固定在阵元固定架(52)上，阵元固定架(52)与矩形底座(1)转动连接，使得K个VHF频段辐射单元折叠90度，辐射阵元(51)通过馈电网络(6)与一体化接收机(8)相连。

6.根据权利要求5所述的星载多频段一体化接收天线，其特征在于：L频段多波束天线阵列通过馈电网络(6)使各辐射单元产生固定的相位差，从而实现波束指向控制；L频段天线固定座(2)侧面P组共型子阵(3)形成方位向360°，俯仰向30°～60°覆盖；固定座(2)顶面单天线(4)波束俯仰0°～30°，方位向360°覆盖；最终实现对俯仰向0°～60°，方位向360°大范围高增益覆盖。

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