CN114498082A - 一种共口径低剖面有源天线及设备终端 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种共口径低剖面有源天线及设备终端，包括天线底板以及叠放于天线底板上的N个微带天线，N个微带天线在天线底板上的投影面积由下往上依次减小，N为大于0的自然数；天线底板上设置有N个馈电链路，N个微带天线与N个馈电链路一一对应且通过馈电探针分别电性连通；至少有一个微带天线为定位微带天线或卫星通信接收微带天线，与定位微带天线或卫星通信接收微带天线相连通的馈电链路中含有低噪声放大器。本发明实现了多频段共口径天线的低剖面特性，将含有低噪声放大器的馈电链路与低剖面多频段共口径天线的相结合，改善了设备主机和天线之间较长的拉远距离带来的信号衰减和底噪抬升问题，提高了卫星物联网终端整机的接收性能。

Description

一种共口径低剖面有源天线及设备终端

技术领域

本发明涉及无线通信领域，具体涉及一种共口径低剖面有源天线及设备终端。

背景技术

随着卫星通信技术不断往系统化和网络化方向进行发展和升级，卫星通信的能力日趋增强，卫星通信可有效覆盖的实际应用场景也越来越多。物联网技术的蓬勃发展，促使其和卫星通信有机融合，构成卫星物联网，在地面网络无法覆盖或者成本效益不合算的地方，通过卫星通信的方式实现数据收发。这种组合促成了卫星物联网终端的蓬勃发展。在这个背景下，满足各种实际使用场景需求的卫星物联网地面终端也逐渐被开发出来。

卫星物联网终端有两种模式：第一种是卫星通信天线和终端主机集成到一起；第二种是卫星通信天线和终端主机分离，通过射频传输线将两者连接到一起。这里重点探讨第二种情况。卫星物联网终端的使用，需要尽可能保障终端的卫星通信天线和卫星之间的通信链路无遮挡，但是终端主机却往往需要和当前数据采集点的设备舱集中到一起，卫星通信天线与终端主机之间较长的射频传输线会降低终端整体的接收性能。除此之外，在某些应用场景下，比如机载环境，要求卫星物联网终端天线具有低剖面紧凑布局特性，以满足载体的安装需求，同时要符合三频段工作的卫星通信体制要求。现有技术难以同时满足低剖面三频段共口径特性天线和终端主机与卫星通信天线较长的拉远距离降低卫星物联网终端接收性能的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：卫星通信天线与终端主机之间较长的拉远距离，通过较长的视频传输线连接，降低了卫星物联网终端接收性能，目的在于提供一种共口径低剖面有源天线及设备终端，通过在有源天线的信号接收链路中增加低噪放大器，解决了在卫星通信天线与终端主机之间较长的拉远距离时，避免信号衰减和底噪抬升，提高卫星物联网终端接收性能的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种共口径低剖面有源天线，包括天线底板以及叠放于所述天线底板上的N个微带天线，所述N个微带天线在所述天线底板上的投影面积由下往上依次减小，N为大于0的自然数；所述天线底板上设置有N个馈电链路，所述N个微带天线与所述N个馈电链路一一对应且通过馈电探针分别电性连通；至少有一个微带天线为定位微带天线或卫星通信接收微带天线，与所述定位微带天线或卫星通信接收微带天线相连通的馈电链路中含有低噪声放大器。

本发明将N个微带天线叠放于天线底板上，再将N个微带天线与天线底板上的N个馈电链路一一连通，达到了有源天线的共口径低剖面。另外在信号接收类的微带天线(定位微带天线或卫星通信接收微带天线)对应的馈电链路中增加低噪声放大器，对接收的信号进行放大和去噪，避免了卫星通信天线与终端主机之间较长的拉远距离带来的信号衰减和底噪抬升。通过在本发明有源天线的微带天线对应的馈电链接中增加低噪放大器，对有效信号进行了放大处理，为后面较长视频线中的信号传输做了充分准备，避免了衰减。

N个微带天线代表了N个工作频段。实际工作中，可以是一个或多个微带天线，根据实际场景需求进行设置。

进一步的，所述N个微带天线为3个，依次为定位微带天线、卫星通信发射微带天线和卫星通信接收微带天线；所述定位微带天线和卫星通信接收微带天线相连通的馈电链路中均含有低噪声放大器。

3个微带天线分别从定位、发射、接收的三个频段工作满足卫星通信体制要求。在定位、接收两个信号接收类的馈电链路中增加低噪放大器，实现对接收的卫星信号的去噪和有效信号放大，为后面较长视频线拉远距离的传输提供了基础。

进一步的，每个微带天线上均设置有馈电点。通过馈电点将微带天线上的信号传递到馈电链路中。

进一步的，所述卫星通信发射微带天线和卫星通信接收微带天线均设置有馈电孔；所述馈电探针包括：连接定位微带天线馈电点与定位微带天线馈电链路的第一馈电探针、连接卫星通信发射微带天线馈电点与卫星通信发射微带天线馈电链路的第二馈电探针、连接卫星通信接收微带天线馈电点与卫星通信接收微带天线馈电链接的第三馈电探针；所述第一馈电探针穿过所述卫星通信发射微带天线和卫星通信接收微带天线上的馈电孔；所述第二馈电探针穿过所述卫星通信接收微带天线上的馈电孔。

进一步的，所述定位微带天线馈电链路包括依次电性连接的声表面滤波器、低噪声放大器、Π衰减器；所述卫星通信发射微带天线馈电链路包括90度相移的3dB电桥；所述卫星通信接收微带天线馈电链路包括依次电性连接的90度相移的3dB电桥、声表面滤波器、低噪声放大器、Π衰减器。

进一步的，所述定位微带天线设置有一个馈电点，所述卫星通信发射微带天线上设置有两个馈电点，所述卫星通信接收微带天线上设置有两个馈电点，所述定位微带天线上设置有一个馈电点。

卫星通信发射微带天线和卫星通信接收微带天线担任了较多的数据信号传递，因此设置两个馈电点，以增强信号传递。比较而言，定位微带天线仅需要获得定位信号即可，因此设置一个馈电点就可以满足需求。

进一步的，所述馈电链路用于通过射频传输线连接卫星物联网终端链路。

进一步的，所述低噪声放大器为有源低噪声放大器。

进一步的，所述天线底板和所述N个微带天线组合后的整体厚度小于工作频段自由空间工作波长的0.1倍。

本发明的另一种实现方式，一种共口径低剖面有源天线设备终端，包括上述的任一种共口径低剖面有源天线，所述共口径低剖面有源天线与卫星物联网终端集成在一起。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

实现了多频段共口径天线的低剖面特性，解决了卫星物联网在某些应用场景上的实际需求，扩展了卫星物联网的应用；将含有低噪声放大器的馈电链路与低剖面多频段共口径天线的相结合，有效改善了设备主机和天线之间较长的拉远距离带来的信号衰减和底噪抬升问题，明显提高了卫星物联网终端整机的接收性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对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发明的某些实施例，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。在附图中：

图1为三频共口径低剖面有源天线方案展开图；

图2为三频共口径低剖面有源天线方案总体图；

图3为定位微带天线正视图；

图4为发射微带天线正视图；

图5为接收微带天线正视图；

图6为天线底板电路原理图(定位微带天线部分)；

图7为天线底板电路原理图(发射微带天线部分)；

图8为天线底板电路原理图(接收微带天线部分)。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-定位微带天线，2-卫星通信发射微带天线，3-卫星通信接收微带天线，4-天线底板，5-馈电孔，11-定位微带天线馈电点，21-发射微带天线馈电点，31-接收微带天线馈电点。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

本实施例1是一种共口径低剖面有源天线，包括天线底板以及叠放于天线底板上的N个微带天线，N个微带天线在天线底板上的投影面积由下往上依次减小，N为大于0的自然数，即：N为大于或等于1的正整数；微带天线均投影在天线底板上，微带天线的平面面积小于天线底板的平面面积。天线底板上设置有N个馈电链路，N个微带天线与N个馈电链路一一对应且通过馈电探针分别电性连通；至少有一个微带天线为定位微带天线或卫星通信接收微带天线，与定位微带天线或卫星通信接收微带天线相连通的馈电链路中含有低噪声放大器。

在一种可能的实施例中，N为1，共口径低剖面有源天线包括一块天线底板，以及天线底板上的一块微带天线，并且此微带天线定是信号接收类的微带天线，也就是定位微带天线或者卫星通信接收微带天线。在此实施例中，天线底板上设置有一条馈电链路，微带天线上设置有馈点，馈点通过馈电探针与天线底板上的馈电链路电性连接。并且天线底板上的馈电链路中，必定含有一个低噪声放大器，低噪声放大器用于将微带天线接收的信号进行放大处理后，再与较长距离的长视频线进行连接。由于低噪声放大器对接收的微弱信号及时放大处理，避免了在后续长视频线传输过程中的损耗，提高了卫星物联网终端整机的接收性能。

在一种可能的实施例中，N在于1，N为多个，N个微带天线依据在天线底板上的投影，由小到大依次叠放于天线底板上，天线底板上的设置有与N个微带天线一一对应的N个馈电链路，N个微带天线与天线底板上的N个馈电链路分别一一连通，使得多个微带天线达到共口径低剖面。在这N个微带天线包含至少一个信号接收类的微带天线(定位微带天线或卫星通信接收微带天线)，并且信号接收类的微带天线对应连通的馈电链路中设置有低噪声放大器，低噪声放大器对接收的信号进行放大和去噪，避免了卫星通信天线与终端主机之间较长的拉远距离带来的信号衰减和底噪抬升。通过在本实施例1有源天线的微带天线对应的馈电链接中增加低噪放大器，对有效信号进行了放大处理，为后面较长视频线中的信号传输做了充分准备，避免了底噪抬升和信号衰减。

N个微带天线通过N个工作频段进行通信，N个微带天线代表了N个工作频段。实际工作中，可以是一个或多个微带天线，根据实际场景需求进行设置。

在一种可能的实施例中，N个微带天线为3个，如图1所示，依次为定位微带天线1、卫星通信发射微带天线2和卫星通信接收微带天线3；定位微带天线1和卫星通信接收微带天线3相连通的馈电链路中均含有低噪声放大器。3个微带天线分别从定位、发射、接收的三个频段工作满足卫星通信体制要求。在定位、接收两个信号接收类的馈电链路中增加低噪放大器，实现对接收的卫星信号的去噪和有效信号放大，为后面较长视频线拉远距离的传输提供了基础。天线底板4上设置有与定位微带天线1、卫星通信发射微带天线2和卫星通信接收微带天线3相对应连接的馈电链路。另外，每个微带天线上均设置有馈电点，如图3、图4、图5所示。通过馈电点将微带天线上的信号传递到馈电链路中。并且，卫星通信发射微带天线2和卫星通信接收微带天线3均设置有馈电孔5；馈电孔5用于馈电探针进行穿过。

具体来说，馈电探针包括：连接定位微带天线馈电点11与定位微带天线馈电链路的第一馈电探针、连接卫星通信发射微带天线馈电点21与卫星通信发射微带天线馈电链路的第二馈电探针、连接卫星通信接收微带天线馈电点31与卫星通信接收微带天线馈电链接的第三馈电探针；第一馈电探针穿过卫星通信发射微带天线2和卫星通信接收微带天线3上的馈电孔5；第二馈电探针穿过卫星通信接收微带天线3上的馈电孔5。通过定位微带天线1、卫星通信发射微带天线2、卫星通信接收微带天线3和天线底板4的叠放，以及馈电探针穿过馈电孔，实现了本实施例天线的低剖面和共口径。

在一种可能的实施例中，定位微带天线馈电链路包括依次电性连接的声表面滤波器、低噪声放大器、Π衰减器；卫星通信发射微带天线馈电链路包括90度相移的3dB电桥；卫星通信接收微带天线馈电链路包括依次电性连接的90度相移的3dB电桥、声表面滤波器、低噪声放大器、Π衰减器。

在一种可能的实施例中，定位微带天线1设置有一个馈电点，卫星通信发射微带天线2上设置有两个馈电点，卫星通信接收微带天线3上设置有两个馈电点，定位微带天线1上设置有一个馈电点。卫星通信发射微带天线2和卫星通信接收微带天线3担任了较多的数据信号传递，因此设置两个馈电点，以增强信号传递。比较而言，定位微带天线1仅需要获得定位信号即可，因此设置一个馈电点就可以满足需求。

实施例2

本实施例2是在实施例1的基础上的一种应用于卫星物联网终端的三频共口径低剖面有源天线，如图1和图2所示，解决卫星物联网在某些具体应用场景中，比如机载环境，现有技术难以同时满足低剖面三频段共口径特性天线和终端主机与天线较长的拉远距离降低卫星物联网终端接收性能的问题。

本实施例2主要针对应用于卫星物联网终端的三频共口径低剖面有源天线方案。包括：三块堆叠放置的微带天线，兼具三频段共口径紧凑型布局和低剖面特性；两条有源低噪声放大器链路，一条链路用于放大“定位微带天线”接收到的导航信号，另一条用于放大“卫星通信接收微带天线”接收到卫星下行通讯信号，两条有源低噪声放大链路，有效改善了设备主机和天线之间较长的拉远距离带来的信号衰减和底噪抬升问题，明显提高了卫星物联网终端整机的接收性能。

三频共口径低剖面有源天线方案包含四个部分：定位微带天线1、卫星通信发射微带天线2、卫星通信接收微带天线3和天线底板4(含两条有源低噪声放大链路)。四个部分从上到下堆叠到一起，组成了三频共口径低剖面有源天线，如图1所示。低剖面是指整个射频前端天线部分采用了三叠层三频段共口径微带天线的紧凑型布局形式，总体高度小于工作频段自由空间工作波长的0.1倍。实际场景中的微带天线的形式并不用于限制本实施例，微带天线的具体原理实现形式可以多样化，比如天线形状可以是圆形，方形，多边形等；微带天线介质可以是陶瓷，高频基板，可电镀塑料等。实施例中微带天线的馈电是从天线底板4伸出5根馈电探针，顶部的定位微带天线1采用单馈(即一个馈电点)，发射微带天线和接收微带天线均采用双馈方式(即两个馈电点)。

如图3，图4，图5所示，分别给出了定位微带天线正视图、卫星通信发射微带天线正视图和卫星通信接收微带天线正视图。三款微带天线的介质基板厚度、形状和材料、辐射贴片的形状均不限定，可根据实际场景需要，相应的变化。

如图6，图7，图8所示，分别给出了定位微带天线1、卫星通信发射微带天线2和卫星通信接收微带天线2在天线底板4的电路原理图。定位微带天线1和接收微带天线2各有一条有源低噪声放大链路。两条有源低噪声放大器链路和低剖面三频段共口径天线的结合，有效改善了设备主机和天线之间较长的拉远距离带来的信号衰减和底噪抬升问题，明显提高了卫星物联网终端整机的接收性能。三频段共口径低剖面天线的设计，有效满足了卫星物联网在一些苛刻场景上的实际使用需求；三频段共口径低剖面天线和两条有源低噪声放大链路的结合，解决了实际使用场景中，设备主机和天线之间较长的拉远距离带来的信号衰减和底噪抬升问题，明显提高了卫星物联网终端整机的接收性能。

实施例3

本实施例3是一种共口径低剖面有源天线设备终端，包括实施例1或实施例2的任一种共口径低剖面有源天线，并且将共口径低剖面有源天线与卫星物联网终端集成在一起，形成一体化设备终端。

在实际场景中，低噪声放大链路不局限于本实施例，滤波器和低噪放放大器的具体选型和使用方式，π衰减器使用与否等等均不局限于本实施例的形式，三频段有源天线只要存在两条有源低噪声放大链路，均在本发明的保护范围内。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种共口径低剖面有源天线，其特征在于，包括天线底板以及叠放于所述天线底板上的N个微带天线，所述N个微带天线在所述天线底板上的投影面积由下往上依次减小，N为大于0的自然数；

所述天线底板上设置有N个馈电链路，所述N个微带天线与所述N个馈电链路一一对应且通过馈电探针分别电性连通；

至少有一个微带天线为定位微带天线或卫星通信接收微带天线，与所述定位微带天线或卫星通信接收微带天线相连通的馈电链路中含有低噪声放大器。

2.根据权利要求1所述共口径低剖面有源天线，其特征在于，所述N个微带天线为3个，依次为定位微带天线、卫星通信发射微带天线和卫星通信接收微带天线；所述定位微带天线和卫星通信接收微带天线相连通的馈电链路中均含有低噪声放大器。

3.根据权利要求2所述共口径低剖面有源天线，其特征在于，每个微带天线上均设置有馈电点。

4.根据权利要求3所述共口径低剖面有源天线，其特征在于，所述卫星通信发射微带天线和卫星通信接收微带天线均设置有馈电孔；

所述馈电探针包括：连接定位微带天线馈电点与定位微带天线馈电链路的第一馈电探针、连接卫星通信发射微带天线馈电点与卫星通信发射微带天线馈电链路的第二馈电探针、连接卫星通信接收微带天线馈电点与卫星通信接收微带天线馈电链接的第三馈电探针；

所述第一馈电探针穿过所述卫星通信发射微带天线和卫星通信接收微带天线上的馈电孔；

所述第二馈电探针穿过所述卫星通信接收微带天线上的馈电孔。

5.根据权利要求4所述共口径低剖面有源天线，其特征在于，

所述定位微带天线馈电链路包括依次电性连接的声表面滤波器、低噪声放大器、Π衰减器；

所述卫星通信发射微带天线馈电链路包括90度相移的3dB电桥；

所述卫星通信接收微带天线馈电链路包括依次电性连接的90度相移的3dB电桥、声表面滤波器、低噪声放大器、Π衰减器。

6.根据权利要求3所述共口径低剖面有源天线，其特征在于，所述定位微带天线设置有一个馈电点，所述卫星通信发射微带天线上设置有两个馈电点，所述卫星通信接收微带天线上设置有两个馈电点，所述定位微带天线上设置有一个馈电点。

7.根据权利要求1所述共口径低剖面有源天线，其特征在于，所述馈电链路用于通过射频传输线连接卫星物联网终端链路。

8.根据权利要求1所述共口径低剖面有源天线，其特征在于，所述低噪声放大器为有源低噪声放大器。

9.根据权利要求1所述共口径低剖面有源天线，其特征在于，所述天线底板和所述N个微带天线组合后的整体厚度小于工作频段自由空间工作波长的0.1倍。

10.一种共口径低剖面有源天线设备终端，其特征在于，包括权利要求1-9任一所述的共口径低剖面有源天线，所述共口径低剖面有源天线与卫星物联网终端集成在一起。

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