CN117525860A - 一种新型双卫星系统天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型双卫星系统天线，包括天线板，天线板上设有四个第一天线单元和四个第二天线单元；四个第一天线单元绕天线板圆心均匀分布，任意一个第一天线单元旋转90°后与其相邻的第一天线单元镜像；第一天线单元左旋圆极化激励；第二天线单元包括矩形微带贴片，矩形微带贴片通过第二馈电网络连接移相，实现各第二天线单元的90度相位差。
Description
技术领域
本发明涉及微波技术领域，具体涉及一种新型双卫星系统天线。
背景技术
卫星通信在山地、丛林、沙漠等地面网络难以覆盖区域得到了普遍的应用。卫星通信提供的移动通信服务具有跨度大、距离远、机动性强、通信方式灵活等优点，是蜂窝移动通信的必要补充和延伸。
目前的卫星通信终端中，每种类型的卫星系统都有与之相适配的卫星通信终端设备，卫星通信终端设备主要分为天线模组和信号处理模组两部分，由于通信频段的问题，各卫星通信终端设备的天线无法兼容，若要使用其它通信卫星进行通信，就需要更换新的卫星通信天线，因此有必要研发一款具有双卫星通讯的天线。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型双卫星系统天线，采用融合一体化的设计思路，实现双天线在同一口径中的部署。将匹配不同卫星系统的天线的辐射体和馈电网络均作单独处理，辐射体部分采用交叉融合部署的方式，而馈电网络采用多层穿插部署方式，以此来达到最小化口径、减小天线间相互耦合影响，实现模块整体辐射性能的目的，实现双卫星通讯。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种新型双卫星系统天线，包括天线板，天线板上设有四个第一天线单元和四个第二天线单元；四个第一天线单元绕天线板圆心均匀分布，任意一个第一天线单元旋转90°后与其相邻的第一天线单元镜像；四个第二天线单元绕天线板圆心均匀分布，第二天线单元分别位于相邻两个第一天线单元之间；
第一天线单元包括圆形微带贴片和馈电结构，馈电结构包括两个输出端和一个输入端。两个馈电结构输出端连接圆形微带贴片，且其连接的圆形微带贴片两处为圆形微带贴片上的正交位置；馈电结构输入端通过第一馈电网络连接一分四馈电功分器；第一馈电网络包括四个馈电线，四个馈电线长度不一致，四个馈电线两端分别连接馈电功分器的馈电端口和对应的第一天线单元的输入端；
任意相邻的两条馈电线中，较长的一条馈电线的长度比较短馈电线的长度多出四分之一波长的长度，四分之一波长的长度比可实现90度的相位差，构成了对圆形微带贴片的左旋圆极化激励；
第二天线单元包括矩形微带贴片，矩形微带贴片通过第二馈电网络连接移相，实现各第二天线单元的90度相位差。
作为一种优选技术方案，第一馈电网络设有一个第一馈电网络输入端和四个第一馈电网络输出端，四个馈电线一端公共连接第一馈电网络输入端，四个馈电线另一端作为第一馈电网络输出端。
作为一种优选技术方案，天线板包括1号板和2号板，1号板的正面和2号板的背面是全金属结构，1号板正面焊接在2号板背面；天线板上设有金属化过孔，与移相器分别位于天线板正背面的第二天线单元通过金属化过孔连接。与馈电功分器分别位于天线板正背面的第一馈电网络输入端之间通过金属化过孔连接。
作为一种优选技术方案，天线板的正面依次设有辐射小板、辐射大板；辐射小板包括4个矩形辐射板，4个矩形辐射板位置覆盖上述四个矩形微带贴片且尺寸匹配；
辐射大板的正面上，与圆形微带贴片和矩形微带贴片对应位置分别设有圆形辐射贴片和矩形辐射贴片。
辐射大板背面与天线板之间设有若干塑料隔离柱，塑料隔离柱对圆形辐射贴片和矩形辐射贴片避让。
作为一种优选技术方案，矩形辐射板为非金属板。
作为一种优选技术方案，塑料隔离柱的高度为8mm。
现有技术相比，具有以下有益效果：
天通模块工作在1.98～2.2GHz，天通天线采用四单元圆极化形式，馈电为微带馈电。四个单元采用微带馈电线进行连接，并通过调整相位实现左旋圆极化。整个天线频段1.98～2.2GHz内，天线全频段的驻波小于2。
Thuraya模块工作在1.525～1.6605GHz，为避免和天通天线冲突，Thuraya天线在结构上进行小型化设计，天线结构为长方形特征，长边为主要谐振方向，短边配合调整，使得在整个布局中，Thuraya天线同样可以进行中心对称布局。Thuraya天线的馈电采用金属过孔，引入到第二层中进行布局，同时采用移相器实现相位的调整，获得左旋圆极化。Thuraya频段1.525～1.6605GHz内全频段的天线驻波，可见全频段驻波小于2。
本发明设计主要难点在于天通和Thuraya模块，天通和Thuraya天线需要进行共口径设计，因此在结构上作为一个整体模块来处理，但在馈电接头以及辐射结构上，由于频段差距较大，难以共用，因此在结构上分开设计。这种模块化设计以及结构上相对独立的分开设计，使得天线的调试和维护更为方便，也有利于减少天线互扰。
该型天线在设计过程中，，始终坚持轻量化设计。主要考虑：
(1)天通天线和Thuraya天线共用相同的印制电路板；
(2)天通天线和Thuraya天线采用共地面设计；
(3)Thuraya天线的馈电进行小型化处理。
该型天线设计时采用隐藏式设计，即所有天线均在笔记本盖结构包络内，确保所有天线结构均能够安装放置在笔记本盖内部，实现隐蔽性设计。
附图说明
图1为2号板正面的结构示意图；
图2为第一贴片单元的结构示意图；
图3为第一馈电网络的结构示意图；
图4为本发明的爆炸图；
图5为1号板背面的结构示意图；
图6为辐射大板正面的结构示意图；
图7中，为本发明中天通频段天线的驻波特性图；。
图8中，为本发明中天通频段天线中心频点处增益和方向图特性图。
图9中，为本发明中Thuraya频段天线驻波特性图。
图10中，为本发明中Thuraya频段中心频点处增益和方向图特性图。
其中，附图标记如下所示：1-外壳，2-1号板，3-2号板，4-辐射小板，5-辐射大板，6-移相器，7-射频线缆，8-圆形微带贴片，9-馈电结构，10-馈电结构输入端，11-第一馈电网络，12-第一馈电网络输入端，13-矩形微带贴片，14-第二金属化过孔，15-第一金属化过孔，16-圆形辐射贴片，17-矩形辐射贴片。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
相反，本申请涵盖任何由权利要求定义的在本申请的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本申请有更好的了解，在下文对本申请的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本申请。
实施例
本实施例公开了一种新型双卫星系统天线，主要匹配天通卫星系统及Thuraya卫星系统，其中天通卫星系统上行频段1980～2010MHz，下行频段2170～2200MHz，是我国自主研发的同步轨道移动通信卫星系统，可为车辆、飞机、船舶和个人等移动用户提供语音、数据、短信等通信服务。Thuraya卫星系统上行频段1626.5～1660.5MHz，下行频段1525～1559MHz，是一个商业化卫星通信系统，技术成熟，覆盖范围广，信号稳定，同样可提供语音、数据、短信等通信服务。
如图1-5所示，一种新型双卫星系统天线，包括天线板，该天线板上设有四个第一天线单元和四个第二天线单元。四个第一天线单元绕天线板圆心均匀分布，并形成2X2阵列。任意一个第一天线单元旋转90°后与其相邻的第一天线单元镜像。
四个第二天线单元绕天线板圆心均匀分布，且四个第二天线单元分别位于相邻两个第一天线单元之间。
第一天线单元作为天通天线单元，其包括圆形微带贴片8和馈电结构9，馈电结构9包括两个输出端和一个输入端。两个馈电结构9输出端连接圆形微带贴片8，且其连接的圆形微带贴片8两处为圆形微带贴片8上的正交位置(即两处切线垂直)。馈电结构输入端10通过第一馈电网络11连接一分四馈电功分器。
具体的说，第一馈电网络11包括四个馈电线，四个馈电线长度不一致，四个馈电线两端分别连接馈电功分器的馈电端口和对应的第一天线单元的输入端。
在一些实施例中，第一馈电网络11设有一个第一馈电网络输入端12和四个第一馈电网络11输出端，四个馈电线一端公共连接第一馈电网络输入端12，四个馈电线另一端作为第一馈电网络11输出端。
具体的说，任意相邻的两条馈电线中，较长的一条馈电线的长度比较短馈电线的长度多出四分之一波长的长度，其中波长取天线工作频段的中心频点。四分之一波长的长度比可实现90度的相位差，因此构成了对圆形微带贴片8的左旋圆极化激励。
四个第一天线单元构成的天通天线阵列逆时针90°相位差，实现圆极化。
第二天线单元作为Thuraya天线单元，同样要实现左旋圆极化激励，最理想的方式是同样是采用与天通天线类似的圆形微带贴片8，然而受尺寸和布局面积的限制，规定的面积了难以布局另外四个圆形贴片，因此Thuraya天线单元采用矩形贴片来实现。
具体的说，第二天线单元包括矩形微带贴片13。要实现第二天线单元的左旋圆极化激励，矩形微带贴片13通过第二馈电网络连接移相；第二馈电网络由传统的单一微带线构成，90度的相位差的引入通过接入移相器6，实现各第二天线单元的90度相位差。
在一些实施例中，第一天线单元中，馈电结构9包括第一微带线、第二微带线、第三微带线、第四微带线。
圆形微带贴片8的两正交位置分别连接有第一微带线的一端，两个第一微带线另一端分别连接与其具有宽度差的第二微带线、第三微带线的一端。
第二微带线的另一端直接连接馈电结构输入端10，第三微带线的另一端通过与其具有宽度差的第四微带线连接馈电结构输入端10。
第一微带线的宽度大于第二微带线的宽度，第二微带线的宽度与第三微带线的宽度相同且大于第四微带线的宽度。
设计宽度差，是为了调整从圆形微带贴片8两处正交位置馈入的相位差。同时，
第一微带线、第二微带线和第三微带线皆设有转角斜面，斜面可以提高阻抗的连续性，
在一些实施例中，天线板包括1号板2和2号板3，1号板2的正面和2号板3的背面都是全金属结构，1号板2正面焊接在2号板3背面，通过焊接连接在一起。
2号板3的正面设有上述第一天线单元、第二天线单元。1号板2的背面设有移相器6。
具体的说，天线板上设有第一金属化过孔15和第二金属化过孔14，与移相器6分别位于天线板正背面的第二天线单元通过第二金属化过孔14连接。与馈电功分器分别位于天线板正背面的第一馈电网络输入端12之间通过第一金属化过孔15连接。
在一些实施例中，移相器6的输出端口连接微带线一端，微带线另一端连接第二金属化过孔14。馈电功分器输出端口连接微带线一端，微带线另一端连接金属化过孔。
移相器6的输入端口和馈电功分器输入端口分别同轴连接有射频线缆7。
在一些实施例中，双卫星系统天线采用微带天线结构设计。微带天线结构一般由介质基板、辐射体及接地板构成。介质基板的厚度远小于波长，基板底部的金属薄层与接地板相接，正面则通过光刻工艺制作有特定形状的金属薄层作为辐射体。
天线板的正面(2号板3的正面)依次设有非金属的辐射小板4、辐射大板5。辐射小板4包括4个矩形辐射板，4个矩形辐射板通过尼龙螺钉与天线板连接，且四个矩形辐射板位置覆盖上述四个矩形微带贴片13且尺寸匹配。
辐射大板5的正面上，与圆形微带贴片8和矩形微带贴片13对应位置分别设有圆形辐射贴片16和矩形辐射贴片17。
辐射大板5背面与天线板之间设有若干塑料隔离柱，塑料隔离柱对圆形辐射贴片16和矩形辐射贴片17避让。圆形辐射贴片16是天通天线的辐射贴片，矩形辐射贴片17是Thuraya天线的辐射贴片，天通和Thuraya天线的增益指标有差异(天通约13dBi，Thuraya约9dBi)，辐射大板5和天线板之间间距，是为了调整增益指标。辐射大板5与天线板之间也通过尼龙螺钉连接。
在一些实施例中，塑料隔离柱的高度为8mm。
其中，构成天线板的1号板2作为介质基板，构成天线板的2号板3作为接地板；天线板及辐射大板5、辐射小班构成微带天线结构设计。
在一些实施例中，双卫星系统天线还包括壳体，上述天线板、辐射大板5、辐射小板4设置在壳体内，天线板与壳体之间通过螺钉连接。
天线是一种变换器，天线把自由空间中传播的电磁波，变换成在线缆上传播的导行波，通过线缆把信号传输给信号处理模组，或者进行相反的变换。天线具有可逆性，即同一副天线即可作为发射天线，也可作为接收天线。天线具有互易原理，同一天线作为发射或接收的基本特性参数是相同的。
在一些实施例中，外壳1为笔记本盖结构，使得整个天线藏于笔记本内。
上述天线板上四个第一天线单元、第一馈电网络11、馈电功分器、对应的射频线缆7、对应的辐射板构成了天通频段天线。上述天线板上四个第二天线单元、第二馈电网络、移相器6、对应的射频线缆7、对应的辐射板构成了Thuraya频段天线。
图7中，为本发明中天通频段天线的驻波，可以看到整个天线频段1.98～2.2GHz内，天线全频段的驻波小于2。
图8中，为本发明中天通频段天线中心频点处增益和方向图特性。
图9中，为本发明中Thuraya频段1.525～1.6605GHz内全频段的天线驻波，可见全频段驻波小于2。
图10中，为本发明中Thuraya频段，中心频点1.5927GHz处增益和方向图特性。
按照上述实施例，便可很好地实现本发明。值得说明的是，基于上述结构设计的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本发明上做出的一些无实质性改进，也落入本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种新型双卫星系统天线，其特征在于，包括天线板，天线板上设有四个第一天线单元和四个第二天线单元；四个第一天线单元绕天线板圆心均匀分布，任意一个第一天线单元旋转90°后与其相邻的第一天线单元镜像；四个第二天线单元绕天线板圆心均匀分布，第二天线单元分别位于相邻两个第一天线单元之间；
第一天线单元包括圆形微带贴片和馈电结构，馈电结构包括两个输出端和一个输入端。两个馈电结构输出端连接圆形微带贴片，且其连接的圆形微带贴片两处为圆形微带贴片上的正交位置；馈电结构输入端通过第一馈电网络连接一分四馈电功分器；第一馈电网络包括四个馈电线，四个馈电线长度不一致，四个馈电线两端分别连接馈电功分器的馈电端口和对应的第一天线单元的输入端；
任意相邻的两条馈电线中，较长的一条馈电线的长度比较短馈电线的长度多出四分之一波长的长度，四分之一波长的长度比可实现90度的相位差，构成了对圆形微带贴片的左旋圆极化激励；
第二天线单元包括矩形微带贴片，矩形微带贴片通过第二馈电网络连接移相，实现各第二天线单元的90度相位差。
2.根据权利要求1所述的一种新型双卫星系统天线，其特征在于，第一馈电网络设有一个第一馈电网络输入端和四个第一馈电网络输出端，四个馈电线一端公共连接第一馈电网络输入端，四个馈电线另一端作为第一馈电网络输出端。
3.根据权利要求1所述的一种新型双卫星系统天线，其特征在于，天线板包括1号板和2号板，1号板的正面和2号板的背面是全金属结构，1号板正面焊接在2号板背面；天线板上设有金属化过孔，与移相器分别位于天线板正背面的第二天线单元通过金属化过孔连接。与馈电功分器分别位于天线板正背面的第一馈电网络输入端之间通过金属化过孔连接。
4.根据权利要求1所述的一种新型双卫星系统天线，其特征在于，天线板的正面依次设有辐射小板、辐射大板；辐射小板包括4个矩形辐射板，4个矩形辐射板位置覆盖上述四个矩形微带贴片且尺寸匹配；
辐射大板的正面上，与圆形微带贴片和矩形微带贴片对应位置分别设有圆形辐射贴片和矩形辐射贴片。
辐射大板背面与天线板之间设有若干塑料隔离柱，塑料隔离柱对圆形辐射贴片和矩形辐射贴片避让。
5.根据权利要求1所述的一种新型双卫星系统天线，其特征在于，矩形辐射板为非金属板。
6.根据权利要求4所述的一种新型双卫星系统天线，其特征在于，塑料隔离柱的高度为8mm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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