基于星载多波束天线空间立体结构布局的对数周期馈源阵制造技术

本发明专利技术提出一种基于星载多波束天线空间立体结构布局的对数周期馈源阵，由五组高频馈电单元、四组低频馈电单元和复合材料支撑组件组成；本发明专利技术在星上有限的空间布局要求下，通过立体结构布局和优化单元阵列分布，最大程度降低了天线之间对馈源阵电气性能的互耦影响，实现了天线宽频带、高增益的多波束覆盖要求；单元和支撑组件的结构形式简单、可靠性高，实现了良好的馈源阵刚重比要求；采用特殊的复合材料和巧妙的结构设计，在满足馈源阵主体结构强度的情况下，使支撑组件对组成的高、低频馈电单元电性能的遮挡影响降至最低，并可满足空间环境要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及星载天线
，具体为一种基于星载多波束天线空间立体结构布局的对数周期馈源阵。
技术介绍
为适应卫星通信容量不断增加，以及通信卫星用户费用减小等需求，通信卫星设计者采取了多种措施，以满足这些要求。多波束天线就是适应这些要求而产生的技术。使用多波束天线，可以实现波束空间和极化隔离，达到多次频率复用，从而加大了可用带宽，使通信容量大幅度增加；使用多波束，还可以使单个波束的大面积地球覆盖成为只集中于几个波束内的较小区域的覆盖，从而增加了卫星向地球的辐射功率通量密度，可用较小口径的天线，提高用户使用通信卫星的经济效益。自从20世纪70年代中发射INTELSAT(国际通信卫星)-IVA号使用多波束天线以来，星载多波束天线技术引起了国际广泛重视。几十年来，星载多波束天线有了长足的发展，从只有两个波束发展到十几个、几十个波束；从固定的多波束发展到可重构的多个区域波束和可扫描波束。根据星载多波束天线的发展，相应的星载多波束天线馈源阵的技术也有很大的变化和进步，重量更轻、带宽更宽的馈源阵形式也有了多样化的发展。以往的馈源阵阵列方式均为平面布局时排列，其结构尺寸和占用空间较大，不利于星载天线有限空间布局的设计。根据星载多波束天线的研制项目需求，申请人开展了星载多波束天线馈源阵方面的研究，实现了星载多波束天线馈源阵在星载多波束天线系统的首次应用。
技术实现思路
为实现星载多波束天线馈源阵在星载多波束天线系统的应用，本专利技术提出了一种基于星载多波束天线空间立体结构布局的对数周期馈源阵，适用于各类遥测、通信、侦查等星载天线且可组成大口径星载天线馈源系统。空间立体结构布局的对数周期馈源阵，通过使用若干副对数周期偶极子天线作为馈源阵的主要馈电组件，通过优化设计馈源阵中各个对数周期双极化天线的阵列排布方式，实现天线对特定区域的多波束覆盖。本专利技术的技术方案为：所述一种基于星载多波束天线空间立体结构布局的对数周期馈源阵，其特征在于：由五组高频馈电单元、四组低频馈电单元和复合材料支撑组件组成；高频馈电单元采用工作频段在3.6f0～fn的对数周期偶极子天线，低频馈电单元采用工作频段在f0～3.6f0的对数周期偶极子天线，f0和fn为对数周期馈源阵设计要求的工作频段低频端点和高频端点；复合材料支撑组件由底板、支撑筒、中板以及高频单元安装板组成；支撑筒两端分别与底板和中板固定连接，高频单元安装板安装在中板上；四组低频馈电单元底端与底板固定连接，四组低频馈电单元中部和中板连接，四组低频馈电单元分别处于支撑坐标系第一象限45°，第二象限135°，第三象限-135°，第四象限-45°位置，且四组低频馈电单元各自的中心处于第一圆周上，所述第一圆周的圆心在支撑筒中心轴线上；四组低频馈电单元分别朝向支撑筒中心轴线倾斜，且四组低频馈电单元朝向支撑筒中心轴线倾斜的倾斜角相同；所述支撑坐标系OXY的原点O在支撑筒中心轴线上，支撑坐标系XY平面垂直于支撑筒中心轴线；五组高频馈电单元底端与高频单元安装板固定连接，其中四组高频馈电单元分别处于支撑坐标系OX正向、OY正向、OX负向、OY负向位置，且四组高频馈电单元各自的中心处于第二圆周上，所述第二圆周的圆心在支撑筒中心轴线上；还有一组高频馈电单元中心处于支撑筒中心轴线上；五组高频馈电单元平行于支撑筒中心轴线；支撑筒中心轴线上的高频馈电单元的安装位置高于其余四组高频馈电单元的安装位置。进一步的优选方案，所述一种基于星载多波束天线空间立体结构布局的对数周期馈源阵，其特征在于：低频馈电单元朝向支撑筒中心轴线倾斜的倾斜角为1°～5°。进一步的优选方案，所述一种基于星载多波束天线空间立体结构布局的对数周期馈源阵，其特征在于：支撑筒中心轴线上的高频馈电单元的安装位置与其余四组高频馈电单元的安装位置的高度差为1/20～1/10的高频馈电单元高度。进一步的优选方案，所述一种基于星载多波束天线空间立体结构布局的对数周期馈源阵，其特征在于：中板以及高频单元安装板采用芳纶蜂窝夹层结构板制备；支撑筒采用芳纶氰酸酯复合材料制成；底板为碳纤维铝蜂窝夹层底板。进一步的优选方案，所述一种基于星载多波束天线空间立体结构布局的对数周期馈源阵，其特征在于：所述对数周期偶极子天线由辐射振子、天线集合线、空气同轴内导体馈线组件组成；所述辐射振子为金属型材；所述天线集合线为横截面为五边形的金属空心型材，所述五边形由矩形和等腰三角形组成，其中等腰三角形的底边与矩形一边重合，所述等腰三角形顶角不大于90°；辐射振子与天线集合线焊接固定；所述空气同轴内导体馈线组件由金属内导体、阻抗变换段和同轴接头组成；金属内导体装在天线集合线内部，且不与天线集合线直接接触；金属内导体端部与阻抗变换段固定连接，阻抗变换段与同轴接头固定连接；所述阻抗变换段由变换段内导体和变换段介质组成；金属内导体、变换段内导体和同轴接头内导体连通；阻抗变换段实现金属内导体到同轴接头的阻抗变换。进一步的优选方案，所述一种基于星载多波束天线空间立体结构布局的对数周期馈源阵，其特征在于：支撑筒为锥形桶。进一步的优选方案，所述一种基于星载多波束天线空间立体结构布局的对数周期馈源阵，其特征在于：中板为方形板，中板四角有用于与低频馈电单元中部配合的凹槽，中板中央有圆形通孔；高频单元安装板为十字形板，十字形板中心有用于安装支撑筒中心轴线上的高频馈电单元的凸台；支撑筒壁面开有减轻孔和结构孔。有益效果本专利技术提出的基于星载多波束天线空间立体结构布局的对数周期馈源阵，在星上有限的空间布局要求下，通过立体结构布局和优化单元阵列分布，最大程度降低了天线之间对馈源阵电气性能的互耦影响，实现了天线宽频带、高增益的多波束覆盖要求；单元和支撑组件的结构形式简单、可靠性高，实现了良好的馈源阵刚重比要求；采用特殊的复合材料和巧妙的结构设计，在满足馈源阵主体结构强度的情况下，使支撑组件对组成的高、低频馈电单元电性能的遮挡影响降至最低(低介电系数)，并可满足空间环境要求。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1：不同馈源阵阵列方式天线波束覆盖区域对比；图2：馈源阵中单元的优化布局和安装示意图；图3：支撑组件示意图；图4：三种双极化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于星载多波束天线空间立体结构布局的对数周期馈源阵，其特征在于：由五组高频馈电单元、四组低频馈电单元和复合材料支撑组件组成；高频馈电单元采用工作频段在3.6f0～fn的对数周期偶极子天线，低频馈电单元采用工作频段在f0～3.6f0的对数周期偶极子天线，f0和fn为对数周期馈源阵设计要求的工作频段低频端点和高频端点；复合材料支撑组件由底板、支撑筒、中板以及高频单元安装板组成；支撑筒两端分别与底板和中板固定连接，高频单元安装板安装在中板上；四组低频馈电单元底端与底板固定连接，四组低频馈电单元中部和中板连接，四组低频馈电单元分别处于支撑坐标系第一象限45°，第二象限135°，第三象限‑135°，第四象限‑45°位置，且四组低频馈电单元各自的中心处于第一圆周上，所述第一圆周的圆心在支撑筒中心轴线上；四组低频馈电单元分别朝向支撑筒中心轴线倾斜，且四组低频馈电单元朝向支撑筒中心轴线倾斜的倾斜角相同；所述支撑坐标系OXY的原点O在支撑筒中心轴线上，支撑坐标系XY平面垂直于支撑筒中心轴线；五组高频馈电单元底端与高频单元安装板固定连接，其中四组高频馈电单元分别处于支撑坐标系OX正向、OY正向、OX负向、OY负向位置，且四组高频馈电单元各自的中心处于第二圆周上，所述第二圆周的圆心在支撑筒中心轴线上；还有一组高频馈电单元中心处于支撑筒中心轴线上；五组高频馈电单元平行于支撑筒中心轴线；支撑筒中心轴线上的高频馈电单元的安装位置高于其余四组高频馈电单元的安装位置。...

【技术特征摘要】
1.一种基于星载多波束天线空间立体结构布局的对数周期馈源阵，其特征在于：由
五组高频馈电单元、四组低频馈电单元和复合材料支撑组件组成；高频馈电单元
采用工作频段在3.6f0～fn的对数周期偶极子天线，低频馈电单元采用工作频段在
f0～3.6f0的对数周期偶极子天线，f0和fn为对数周期馈源阵设计要求的工作频段
低频端点和高频端点；
复合材料支撑组件由底板、支撑筒、中板以及高频单元安装板组成；支撑筒两端
分别与底板和中板固定连接，高频单元安装板安装在中板上；
四组低频馈电单元底端与底板固定连接，四组低频馈电单元中部和中板连接，四
组低频馈电单元分别处于支撑坐标系第一象限45°，第二象限135°，第三象限-135°，
第四象限-45°位置，且四组低频馈电单元各自的中心处于第一圆周上，所述第一圆周
的圆心在支撑筒中心轴线上；四组低频馈电单元分别朝向支撑筒中心轴线倾斜，且四
组低频馈电单元朝向支撑筒中心轴线倾斜的倾斜角相同；所述支撑坐标系OXY的原
点O在支撑筒中心轴线上，支撑坐标系XY平面垂直于支撑筒中心轴线；
五组高频馈电单元底端与高频单元安装板固定连接，其中四组高频馈电单元分别
处于支撑坐标系OX正向、OY正向、OX负向、OY负向位置，且四组高频馈电单元
各自的中心处于第二圆周上，所述第二圆周的圆心在支撑筒中心轴线上；还有一组高
频馈电单元中心处于支撑筒中心轴线上；五组高频馈电单元平行于支撑筒中心轴线；
支撑筒中心轴线上的高频馈电单元的安装位置高于其余四组高频馈电单元的安装位
置。
2.根据权利要求1所述一种基于星载多波束天线空间立体结构布局的对数周期馈源
阵，其特征在于：低频馈电单元朝向支撑筒中心轴线倾斜的倾斜角为1°～5°。
3.根据权利要求1或2所述一种基于星载多波束天线空间立体结构布局...

【专利技术属性】
技术研发人员：李启明，李惟韬，高建军，刘世海，樊良海，吴利英，陈庚超，刘亮，雷静，袁岁维，李洪超，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第三十九研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61