低剖面高增益雙頻雙極化衛(wèi)星通信天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于衛(wèi)星通信天線技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種低剖面高增益雙頻雙極化天線。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著衛(wèi)星通信技術(shù)、特別是“動中通”技術(shù)的不斷發(fā)展，對高增益天線的要求不斷增長。傳統(tǒng)上一般是采用反射面天線，然而反射面天線一般體積較大，不利于與移動車輛的集成安裝。因此出現(xiàn)了對低剖面高增益衛(wèi)星通信天線的迫切需求。除此之外，衛(wèi)星的上行和下行一般工作于不同的頻段和極化，因此為了能夠盡量減小天線所占的體積，還要求衛(wèi)星通信天線具有雙頻雙極化收發(fā)共用的能力。
[0003]能夠?qū)崿F(xiàn)低剖面高增益的天線有很多，比如波導(dǎo)縫隙陣列、徑向線縫隙陣列等等。波導(dǎo)和徑向線波導(dǎo)都是中空結(jié)構(gòu)，能量在空氣中傳播的損耗非常小，所以能夠?qū)崿F(xiàn)高增益。然而這種結(jié)構(gòu)卻不容易實現(xiàn)雙頻雙極化。
[0004]微帶天線是衛(wèi)星通信中的重要類型，它是通過在微波介質(zhì)板上刻蝕圖形實現(xiàn)不同的功能，具有設(shè)計自由度大、功能靈活的特點。然而微帶天線由于功率是在介質(zhì)板中傳播，會伴隨較大的歐姆損耗，表面波損耗和饋電輻射損耗，當(dāng)天線陣列規(guī)模較小時，該問題并不明顯，隨著規(guī)模的增大，該問題成為阻礙微帶天線獲得高增益的主要難題。如果設(shè)計不當(dāng)，網(wǎng)絡(luò)的損耗甚至抵消了天線單元數(shù)的增加所帶來的增益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種增益高、結(jié)構(gòu)簡單、便于實現(xiàn)的低剖面高增益雙頻雙極化天線。
[0006]實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:一種低剖面高增益雙頻雙極化衛(wèi)星通信天線，該裝置包括微帶天線陣、外置饋電網(wǎng)絡(luò)以及固定所述微帶天線陣和外置饋電網(wǎng)絡(luò)的支撐板，微帶天線陣和外置饋電網(wǎng)絡(luò)分別置于支撐板的兩側(cè)；所述微帶天線陣由2mX2n個相同的微帶天線子陣在平面上拼接而成，且所有微帶天線子陣均勻分布，m、η均為自然數(shù)；所述外置饋電網(wǎng)絡(luò)由功分器和同軸半鋼纜連接而成；所述每個微帶天線子陣的中心均設(shè)有通孔，支撐板上與通孔對應(yīng)的位置開設(shè)有圓孔，通孔與圓孔同軸；
[0007]所述每個微帶天線子陣的中心均依次通過通孔、圓孔與支撐板另一側(cè)外置饋電網(wǎng)絡(luò)中的同軸半鋼纜連接；在外置饋電網(wǎng)絡(luò)一側(cè)，每相鄰的四個圓孔通過同軸半鋼纜接入同一個初級功分器，每相鄰的四個初級功分器再通過同軸半鋼纜匯聚至上級同一功分器，依次逐級匯聚直至頂級功分器，使得饋電點的能量均勻的分成2mX 21，然后對2mX 2。個微帶天線子陣進(jìn)行饋電。
[0008]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點是:(I)利用低剖面結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了具有35dB高增益的雙頻雙極化收發(fā)共用衛(wèi)星通信天線，同時采用外置的低損耗饋電網(wǎng)絡(luò)，避免了大型微帶天線陣過高的饋線損耗；(2)采用具有極低損耗特性的圓柱諧振腔功分器，同時滿足了低剖面、低損耗、高增益以及雙頻雙極化的要求；(3)具有便攜的優(yōu)點，當(dāng)不使用時可以拆卸存放或運輸，而當(dāng)使用時可以很方便的組裝在一起。
[0009]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述。
【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明實施例32X32陣元天線結(jié)構(gòu)的正視圖。
[0011]圖2為本發(fā)明實施例16X32陣元天線結(jié)構(gòu)的正視圖。
[0012]圖3為本發(fā)明實施例8X8陣元微帶天線子陣結(jié)構(gòu)的正視圖。
[0013]圖4為本發(fā)明實施例32X32陣元天線結(jié)構(gòu)的背視圖。
[0014]圖5為本發(fā)明實施例32X32陣元天線的外置網(wǎng)絡(luò)連接示意圖。
[0015]圖6為本發(fā)明實施例圓柱諧振腔功分器的原理示意圖。
[0016]圖7為本發(fā)明實施例圓柱諧振腔的仿真和實測S參數(shù)曲線圖，其中(a)為S11曲線圖、(b)為S21曲線圖。
[0017]圖8為本發(fā)明實施例32X32陣元天線的實測S參數(shù)曲線圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0019]結(jié)合圖1?6，本發(fā)明低剖面高增益雙頻雙極化衛(wèi)星通信天線，該裝置包括微帶天線陣、外置饋電網(wǎng)絡(luò)以及固定所述微帶天線陣和外置饋電網(wǎng)絡(luò)的支撐板6，微帶天線陣和外置饋電網(wǎng)絡(luò)分別置于支撐板6的兩側(cè)；所述微帶天線陣由2mX2nf相同的微帶天線子陣I在平面上拼接而成，且所有微帶天線子陣均勻分布，m、η均為自然數(shù)；所述外置饋電網(wǎng)絡(luò)由功分器和同軸半鋼纜連接而成；所述每個微帶天線子陣I的中心均設(shè)有通孔4，支撐板6上與通孔4對應(yīng)的位置開設(shè)有圓孔7，通孔4與圓孔7同軸；
[0020]所述每個微帶天線子陣I的中心均依次通過通孔4、圓孔7與支撐板另一側(cè)外置饋電網(wǎng)絡(luò)中的同軸半鋼纜連接；在外置饋電網(wǎng)絡(luò)一側(cè)，每相鄰的四個圓孔7通過同軸半鋼纜接入同一個初級功分器，每相鄰的四個初級功分器再通過同軸半鋼纜匯聚至上級同一功分器，依次逐級匯聚直至頂級功分器，使得饋電點的能量均勻的分成2mX 2。份，然后對2 mX 2n個微帶天線子陣I進(jìn)行饋電。
[0021]所述每個微帶天線子陣I包括64個雙頻雙極化微帶天線單元2和微帶饋電網(wǎng)絡(luò)3，所述微帶天線單元2呈8X8陣列均勻分布，該微帶天線子陣I通過位于微波介質(zhì)板5中心的通孔4進(jìn)行底部饋電。所述微帶天線陣由4X4個相同的微帶天線子陣I在支撐板6上拼接而成，即呈32X32陣元微帶天線陣，對應(yīng)的外置饋電網(wǎng)絡(luò)包括第一級功分網(wǎng)絡(luò)和第二級功分網(wǎng)絡(luò):所述第一級功分網(wǎng)絡(luò)包括I個頂級功分器和多條同軸半鋼纜；所述第二級功分網(wǎng)絡(luò)包括4個初級功分器和多條同軸半鋼纜；所述頂級功分器的輸入端口與信號源相連接，頂級功分器的4個輸出端口分別與4個初級功分器的輸入端口相連接，每個初級功分器的4個輸出端口均與相應(yīng)的微帶天線子陣I相連接。
[0022]所述微帶天線子陣I通過光刻工藝在單層微波介質(zhì)板5上制備，其中，微波介質(zhì)板5上表面為輻射部分，包括雙頻雙極化微帶天線單元2和微帶饋電網(wǎng)絡(luò)3 ;下表面是金屬接地部分，微帶天線子陣I利用微波介質(zhì)板5中心的通孔4進(jìn)行底部饋電。
[0023]所述雙頻雙極化微帶天線單元2為單饋點雙頻雙極化天線單元，極化方式為雙頻雙線極化或雙頻雙圓極化。
[0024]所述雙頻雙極化微帶天線單元2間距小于I λ，λ為雙頻中相對較高頻點的波長。
[0025]所述功分器為具有寬帶低損耗性能的功分器，或者具有雙頻低損耗性能的功分器；所述功分器為圓柱諧振腔功分器，所述圓柱諧振腔功分器由圓柱諧振腔和多個SMA射頻連接器構(gòu)成，其中I個SMA連接器位于圓柱諧振腔的底部中央，其余SMA連接器均勻分布于圓柱諧振腔的腔壁。
[0026]實施例
[0027]本發(fā)明低剖面高增益雙頻雙極化衛(wèi)星通信天線由三部分構(gòu)成，第一部分為是雙頻雙極化微帶天線陣，第二部分為外置的饋電網(wǎng)絡(luò)，第三部分為支撐板。其中第一部分由多個相同的微帶天線子陣拼接而成，子陣均勻分布。微帶子陣由雙頻雙極化輻射單元和微帶饋線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。第二部分由低損耗的功分器和低損耗的同軸半鋼纜連接而成。第三部分起到固定第一和第二部分的作用。該衛(wèi)星通信天線剖面低，重量輕，增益高，能夠?qū)崿F(xiàn)雙頻雙極化收發(fā)共用，而且結(jié)構(gòu)簡單，便于實現(xiàn)。
[0028]參見圖1，為本發(fā)明實施例提供的一種低剖面高增益雙頻雙極化衛(wèi)星通信天線的正面示意圖。為了實現(xiàn)高增益，整個微帶天線陣列由多個微帶天線子陣I拼接構(gòu)成。
[0029]示例性的，本發(fā)明中由微帶天線子陣I構(gòu)成的整個天線陣的規(guī)模可以是任意一種需要的規(guī)模，例如可以是如圖1所示的32X32單元的陣列，也可以是如圖2所示的16X32單元的陣列。本發(fā)明實施例對此不進(jìn)行限制。
[0030]優(yōu)選的，本發(fā)明實施例中的微帶天線陣的規(guī)模是32X32單元的。
[0031]示例性的，本發(fā)明中的微帶天線子陣I也可以是任意一種所需要規(guī)模的微帶天線子陣，例如可以是4X4單元、4X8單元、8X8單元、8X16單元、16X16單元的子陣，本發(fā)明實施例對此不進(jìn)行限制。
[0032]優(yōu)選的，本發(fā)明實施例中的微帶天線子陣是8X8單元的。
[0033]參見圖3，為本發(fā)明實施例提供的一種8X8單元的微帶天線子陣I的正面結(jié)構(gòu)示意圖，包括雙頻雙極化天線單元2和微帶功分網(wǎng)絡(luò)3。該微帶天線子陣I可以在單層的微波介質(zhì)板5上加工而成，并通過微波介質(zhì)板5上的通孔4進(jìn)行底部饋電。
[0034]示例性的，本發(fā)明實施例中微帶天線子陣I中的雙頻雙極化單元2所實現(xiàn)的極化方式應(yīng)當(dāng)和與之通信的衛(wèi)星的極化相一致，因此既可能是雙頻雙圓極化，也可能是雙頻雙線極化，本發(fā)明實施例對此不進(jìn)行限制，在該實施例中給出的是雙頻雙線極化。
[0035]示例性的，本發(fā)明實施例中微帶天線子陣I中的雙頻雙極化單元2的實現(xiàn)方式可以是多種多樣的，例如角饋圓形貼片，角饋矩形貼片等，本發(fā)明實施例對此不進(jìn)行限制，但為了進(jìn)行示例性說明，在該實施例中我們給出的是角饋矩形貼片。
[0036]在制作的