CN115693106A - 一种卫星及星载天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种卫星及星载天线，涉及赋形波束天线领域，解决了一般对地赋形波束天线通过阵列幅相加权来实现增益时的增益小、结构复杂以及造价高昂的问题。该星载天线包括：安装底板；所述固定支柱的第二端固定在所述安装底板上；所述第一支撑杆固定在所述固定支柱的第一端；所述第二支撑杆固定在所述固定支柱的第二端；所述天线单元的第一端与所述第一支撑杆固定连接，所述天线单元的第二端与所述第二支撑杆固定连接；所述馈电功分器通过开槽同轴线与所述第一支撑杆电连接，并为所述第一支撑杆提供电信号；所述开槽同轴线设置在所述固定支柱内。本发明的方案提高了星载天线对覆盖区的增益，同时具有结构简单，成本低等优点。

Description

一种卫星及星载天线

技术领域

本发明涉及赋形波束天线领域，特别涉及一种卫星及星载天线。

背景技术

对地数传星载天线(对地数据传输卫星搭载天线)为实现大传输容量要求，一般需要采用尽可能高的增益的数传天线，其中普通宽波束单元天线对进入点的增益效果几乎为0，常用的对地赋形波束天线一般最大可以实现进入点6分贝左右的增益，想要进一步提高增益需要采用较多单元的阵列通过阵列幅相加权来实现，但是结构复杂，造价高昂。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种卫星及星载天线，以提高对卫星数据传输的增益，同时具有结构简单，成本低等优点。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

本发明的实施例提供一种星载天线，包括：

安装底板；

固定支柱，所述固定支柱的第二端固定在所述安装底板上；

第一支撑杆，所述第一支撑杆固定在所述固定支柱的第一端；

第二支撑杆，所述第二支撑杆固定在所述固定支柱的第二端；

天线单元，所述天线单元的第一端与所述第一支撑杆固定连接，所述天线单元的第二端与所述第二支撑杆固定连接；

馈电功分器，所述馈电功分器通过开槽同轴线与所述第一支撑杆电连接，并为所述第一支撑杆提供电信号；

所述开槽同轴线设置在所述固定支柱内。

可选的，所述安装底板上设置有多个线阵排列的固定支柱，且所述固定支柱之间采用0.5-1.0波长的间距设置所述安装底板上。

可选的，所述固定支柱为中空回转体结构。

可选的，所述开槽同轴线内使用四分之一阻抗变换段。

可选的，所述第一支撑杆包括：第一固定杆和第二固定杆；

所述第一固定杆和所述第二固定杆对称设置在所述固定支柱的第一端；所述第一固定杆的第一端与所述开槽同轴线的内导体电连接；

所述第二固定杆的第一端与所述开槽同轴线的外导体电连接。

可选的，所述天线单元包括：第一天线和第二天线；

所述第一天线的第一端与所述第一固定杆的第二端固定连接，所述第一天线的第二端与所述第二支撑杆的第一端固定连接；

所述第二天线的第一端与所述第二固定杆的第二端固定连接，所述第二天线的第二端与所述第二支撑杆的第二端固定连接。

可选的，所述第一天线和第二天线交错环绕在所述固定支柱上，形成双线螺旋结构。

可选的，所述天线单元的螺旋周长小于预设波长。

可选的，所述天线单元的升角远大于预设螺旋升角。

本发明的实施例还提供一种卫星，所述卫星上设置有如上述任一项所述的星载天线。

本发明的上述方案至少包括以下有益效果：

本发明的上述方案，星载天线包括：安装底板；固定支柱，所述固定支柱的第二端固定在所述安装底板上；第一支撑杆，所述第一支撑杆固定在所述固定支柱的第一端；第二支撑杆，所述第二支撑杆固定在所述固定支柱的第二端；天线单元，所述天线单元的第一端与所述第一支撑杆固定连接，所述天线单元的第二端与所述第二支撑杆固定连接。馈电功分器，所述馈电功分器通过开槽同轴线与所述第一支撑杆电连接，并为所述第一支撑杆提供电信号；所述开槽同轴线设置在所述固定支柱内。解决了一般对地赋形波束天线通过阵列幅相加权来实现增益时的增益小、结构复杂以及造价高昂的问题，提高了星载天线对覆盖区的增益，同时具有结构简单，成本低等优点。

附图说明

图1是本发明的星载天线的四单元组阵赋形波束天线的结构示意图；

图2是本发明的星载天线的双线背射螺旋赋形波束天线的结构示意图；

图3是本发明的星载天线的威尔金森一分四馈电网络结构示意图；

图4是本发明的星载天线的开槽同轴线对双螺旋天线的馈电结构示意图；

图5是本发明的星载天线的赋形波束单元天线方向图；

图6是本发明的星载天线的四单元组阵赋形波束方向图；

图7是本发明的星载天线的四单元组阵赋形波束天线的不同单元间距对增益的影响图；

其中，1、安装底板；2、固定支柱；31、第一固定杆；32、第二固定杆；4、第二支撑杆；51、第一天线；52、第二天线；6、馈电功分器；7、开槽同轴线。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本发明的实施例提出一种星载天线包括：

安装底板1；

固定支柱2，所述固定支柱2的第二端固定在所述安装底板1上；

第一支撑杆，所述第一支撑杆固定在所述固定支柱2的第一端；

第二支撑杆4，所述第二支撑杆4固定在所述固定支柱2的第二端；

天线单元，所述天线单元的第一端与所述第一支撑杆固定连接，所述天线单元的第二端与所述第二支撑杆4固定连接；

馈电功分器6，所述馈电功分器6通过开槽同轴线7与所述第一支撑杆电连接，并为所述第一支撑杆提供电信号；

所述开槽同轴线7设置在所述固定支柱2内。

所述固定支柱2为中空回转体结构。

所述开槽同轴线7内使用四分之一阻抗变换段。

所述第一支撑杆包括：第一固定杆31和第二固定杆32；

所述第一固定杆31和所述第二固定杆32对称设置在所述固定支柱2的第一端；

所述第一固定杆31的第一端与所述开槽同轴线7的内导体电连接；

所述第二固定杆32的第一端与所述开槽同轴线7的外导体电连接。

所述天线单元包括：第一天线51和第二天线52；

所述第一天线51的第一端与所述第一固定杆31的第二端固定连接，所述第一天线51的第二端与所述第二支撑杆4的第一端固定连接；

所述第二天线52的第一端与所述第二固定杆32的第二端固定连接，所述第二天线51的第二端与所述第二支撑杆4的第二端固定连接。

所述第一天线51和第二天线52交错环绕在所述固定支柱2上，形成双线螺旋结构。

如图2所示，本实施例中，所述安装底板1固定在卫星上，所述固定支柱2固定在所述安装底板1，所述天线单元通过第一支撑杆和第二支撑杆4固定在所述固定支柱2上，所述固定支柱2为中空回转体，所述开槽同轴线7从所述固定支柱2的第二端穿到所述固定支柱2的第一端与所述第一支撑杆电连接，通过所述第一支撑杆为所述天线单元的第一端提供电流，使得电流从所述天线单元的第一端流向所述天线单元的第二端，从而形成双线背射螺旋赋形波束天线(背射螺旋赋形波束天线的馈电点一般位于螺旋天线的远端，激励电流由远端流向近端，由于螺旋上各点的相位不同，激励电流产生的辐射波指向螺旋远端，称作背射)，从而实现对地匹配的赋形波束，即地球匹配波束(辐射波束的形状为了实现最大效率的应用，应与天线到地面覆盖区的距离匹配，满足这种条件的波束称为地球匹配波束)。

如图4所示，本实施例选取开槽同轴线7来做馈电的导线，通过开槽同轴线7来实现平衡对称螺旋与不平衡对称同轴线的变换(为了实现良好的匹配，需适当的选择螺旋线的粗细，及开槽线的长度)，同时为了进一步改善匹配状态，可在开槽同轴线7内使用四分之一阻抗变换段，通过采用以上措施可以实现对50欧或其他阻抗参数电缆的良好匹配。

本发明的一可选的实施例中，所述天线单元的螺旋周长小于预设波长。

所述天线单元的升角远大于预设螺旋升角。

本实施例中，由于低轨卫星实现对地覆盖时，其波束中心方向距地最近，而波束指向地球边缘时距离最远，为了实现最高效的信息传输，天线波束的增益应与其指向地表的距离的平方成反比，即要求波束赋形，而对于双线背射螺旋结构的天线，其赋形效果取决于螺旋的升角、螺旋直径及螺旋的圈数。

常规螺旋通常采用周长约为一个波长，为了实现波束赋形，所述天线单元的螺旋需采取较小的螺旋半径，即较小的螺旋周长，因此所述天线单元的螺旋直径取值范围为0.6-0.8波长之间；所述天线单元的螺旋升角也远大于普通螺旋，所述螺旋升角取值范围为40度到60度之间；同时增加螺旋的圈数可以提高最大点的增益，但需考虑结构的要求，所述天线单元的螺旋的圈数的取值范围为2-4圈之间。其中，所述天线单元的螺旋升角、螺旋直径及螺旋的圈数三者之间是相互关联的，可采用HFSS(HFSS可为天线及其系统设计提供全面的仿真功能，精确仿真计算天线的各种性能，包括二维、三维远场/近场辐射方向图、天线增益、轴比、半功率波瓣宽度、内部电磁场分布、天线阻抗、电压驻波比、S参数等)软件仿真计算得到最优选择。

本发明的一可选的实施例中，所述安装底板1上设置有多个线阵排列的固定支柱2，且所述固定支柱2之间采用0.5-1.0波长的间距设置所述安装底板1上。

本实施例中，所述安装底板1上可以根据需求通过单个或多个双线背射螺旋赋形波束天线来组成单元赋形波束天线或多单元组阵赋形波束天线，对于多元组阵赋形波束天线，由于天线单元之间的互偶会影响天线的性能，所述固定支柱2之间的距离(由于所述天线单元固定在所述固定支柱2上，即所述固定支柱2之间的距离等同于所述天线单元之间的距离)可根据需求在0.5-1.0波长之间选取。

本实施例提供一种进入点(进入点指的是卫星波束首次进入地球覆盖区时，卫星波束内相应的点)为60度角的设计方案；

如图5和图6所示，通过多次模拟，本方案使用四个天线单元组成如图1所示的四单元组阵赋形波束天线最为合适；其中，图5为一般的对地赋形波束天线的赋形波束单元天线方向图，图5中，53为波束在0度方位切面的方向图，54为波束在45度方位切面的方向图，55为波束在90度方位切面的方向图；图6为本方案的背射螺旋赋形波束天线的四单元组阵赋形波束方向图；图6中，61为波束在0度方位切面的方向图，62为波束在45度方位切面的方向图，63为波束在90度方位切面的方向图；(其中，0度方位切面为与四个固定支柱2共面的方位面，45度方位切面为过其中一固定支柱2切且所切切面与0度方位切面的夹角为45度的面，90度方位切面为过同一固定支柱2切且所切切面与0度方位切面垂直的面。)

通过对比图5和图6可得，图5最大可以实现进入点6分贝左右的增益，而图6最大可以实现进入点10分贝左右的增益；

在所述四单元组阵赋形波束天线中，所述固定支柱2之间的间距通过图7的四单元阵列赋形波束天线单元间距对增益的影响图可看出，使用0.8波长间距时，增益最高，因此所述固定支柱2之间的距离选取0.8波最为合适。(图7中，71为0.8波长间距情况下的增益情况，72为0.47波长间距情况下的增益情况，73为0.92波长间距情况下的增益情况。)

本实施例中，在所述四单元组阵赋形波束天线情况下，可通过采用三个二功分的馈电功分器6组成如图3所示的威尔金森一分四馈电网络，对四个单元天线进行馈电，所述馈电功分器6也可根据所述固定支柱2的个数选择其他规格的，只需满足馈电网络能对每个固定支柱2上的天线单元馈以相同大小的电信号即可。

本发明的实施例还提出一种卫星，所述卫星上设置有如上述任一实施例所述的星载天线。

本发明通过双线背射螺旋赋形波束天线的设计解决了一般对地赋形波束天线通过阵列幅相加权来实现增益时的增益小、结构复杂以及造价高昂的问题，提高天线覆盖区的增益的同时还具有结构简单，成本低等优点。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种星载天线，其特征在于，包括：

安装底板(1)；

固定支柱(2)，所述固定支柱(2)的第二端固定在所述安装底板(1)上；

第一支撑杆，所述第一支撑杆固定在所述固定支柱(2)的第一端；

第二支撑杆(4)，所述第二支撑杆(4)固定在所述固定支柱(2)的第二端；

天线单元，所述天线单元的第一端与所述第一支撑杆固定连接，所述天线单元的第二端与所述第二支撑杆(4)固定连接；

馈电功分器(6)，所述馈电功分器(6)通过开槽同轴线(7)与所述第一支撑杆电连接，并为所述第一支撑杆提供电信号；

所述开槽同轴线(7)设置在所述固定支柱(2)内。

2.根据权利要求1所述的星载天线，其特征在于，所述安装底板(1)上设置有多个线阵排列的固定支柱(2)，且所述固定支柱(2)之间采用0.5-1.0波长的间距设置所述安装底板(1)上。

3.根据权利要求1所述的星载天线，其特征在于，所述固定支柱(2)为中空回转体结构。

4.根据权利要求1所述的星载天线，其特征在于，所述开槽同轴线(7)内使用四分之一阻抗变换段。

5.根据权利要求1所述的星载天线，其特征在于，所述第一支撑杆包括：第一固定杆(31)和第二固定杆(32)；

所述第一固定杆(31)和所述第二固定杆(32)对称设置在所述固定支柱(2)的第一端；

所述第一固定杆(31)的第一端与所述开槽同轴线(7)的内导体电连接；

所述第二固定杆(32)的第一端与所述开槽同轴线(7)的外导体电连接。

6.根据权利要求5所述的星载天线，其特征在于，所述天线单元包括：第一天线(51)和第二天线(52)；

所述第一天线(51)的第一端与所述第一固定杆(31)的第二端固定连接，所述第一天线(51)的第二端与所述第二支撑杆(4)的第一端固定连接；

所述第二天线(52)的第一端与所述第二固定杆(32)的第二端固定连接，所述第二天线(51)的第二端与所述第二支撑杆(4)的第二端固定连接。

7.根据权利要求6所述的星载天线，其特征在于，所述第一天线(51)和第二天线(52)交错环绕在所述固定支柱(2)上，形成双线螺旋结构。

8.根据权利要求7所述的星载天线，其特征在于，所述天线单元的螺旋周长小于预设波长。

9.根据权利要求7所述的星载天线，其特征在于，所述天线单元的升角远大于预设螺旋升角。

10.一种卫星，其特征在于，所述卫星上设置有如权利要求1至9任一项所述的星载天线。

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