一种用于X频段的平板阵列天线制造技术

本发明专利技术公开了一种用于X频段的平板阵列天线，包括：若干个天线阵列单元，其中，每个天线阵列单元包括圆极化罩、调谐空气腔、十字辐射器缝隙、波导模式传输腔体、方形正交模耦合器、第一带状线输入端口和第二带状线输入端口；调谐空气腔设置于十字辐射器缝隙的上部；十字辐射器缝隙的每个缝隙按90°间隔旋转排列；波导模式传输腔体设置于十字辐射器缝隙的下部；方形正交模耦合器设置于波导模式传输腔体的下部；第一带状线输入端口设置于方形正交模耦合器的一侧面，第二带状线输入端口设置于方形正交模耦合器的另一侧面，其中，这两个侧面相邻。本发明专利技术的天线阵列具有高效率、低剖面、高增益、窄波束、易加工的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种用于X频段的平板阵列天线
本专利技术涉及一种用于X频段的平板阵列天线，可用作X频段卫星通信系统地面端的静中通、动中通系统前端，属于微波天线

技术介绍
目前，应用X频段在星地通信应用领域依然拥有较好的电磁环境，不容易被地面系统干扰。且保密性较好，美国的旅行者系统卫星采用的X频段通信系统至今仍然可以正常工作。本权利说明书专利技术的X频段平板天线是用于我国日前蓬勃发展的小卫星测控领域，借助平板天线具有较高口径效率的特点，单一的X频段平板天线可以在地面任意一点对卫星进行控制和数据回收，这对于我国小卫星事业的发展贡献是巨大的，打破了以往所有卫星均需要在控制基地进行控制，数据通过现有地面站回收的现状，以X频段平板天线的高码速率完成上述工作。卫星通信系统的地面端，较为常见的通信系统前端为反射面形式或平板形式。其中，反射面形式的通信前端口径效率较低，体积较大，副瓣无法控制，远区旁瓣差。而目前见诸报道的各种形式的平板天线，口径效率一直较低(65％以下)，体积也比较大，当有圆极化需求时，天线阵列的厚度将更厚。另外，目前应用中的平板天线重量一直是最大的问题，难以克服。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，一种用于X频段的平板阵列天线，该天线阵列具有高效率、低剖面、高增益、窄波束、易加工的特点。本专利技术的技术解决方案：一种用于X频段的平板阵列天线，包括：若干个天线阵列单元，其中，若干个天线阵列单元按m列n行排列，其中m大于2，n大于2；每个天线阵列单元包括圆极化罩、调谐空气腔、十字辐射器缝隙、波导模式传输腔体、方形正交模耦合器、第一带状线输入端口和第二带状线输入端口；调谐空气腔设置于十字辐射器缝隙的上部；十字辐射器缝隙的每个缝隙按90°间隔旋转排列；波导模式传输腔体设置于十字辐射器缝隙的下部；方形正交模耦合器设置于波导模式传输腔体的下部；第一带状线输入端口设置于方形正交模耦合器的一侧面，第二带状线输入端口设置于方形正交模耦合器的另一侧面，其中，这两个侧面相邻；圆极化罩、十字辐射器缝隙、调谐空气腔、波导模式传输腔体和方形正交模耦合器的中心线均重合。上述用于X频段的平板阵列天线中，所述圆极化罩包括极化印制线和介质基板；其中，极化印制线附着于介质基板的表面；极化印制线是由折线单元周期相连组成的折线栅，折线的宽度w取0.5mm至2.2mm，折线单元的总长lx取10mm至22mm，折线单元的总宽lw取10mm至30mm，折线栅行间距t约为18mm至27mm。上述用于X频段的平板阵列天线中，所述介质基板的厚度为1mm-10mm。上述用于X频段的平板阵列天线中，还包括：若干个第一功率分配网络单元；其中，若干个第一功率分配网络单元组成第一功率分配网络层；每个第一功率分配单元包括第一末级功率分配网络带状线介质基板、第一末级功率分配网络带状线印制线和第一带状线屏蔽腔；其中，第一末级功率分配网络带状线印制线附着于第一末级功率分配网络带状线介质基板的表面；第一带状线屏蔽腔与第一末级功率分配网络带状线介质基板相连接，并且第一带状线屏蔽腔罩于第一末级功率分配网络带状线印制线；第一末级功率分配网络带状线印制线与第一带状线输入端口相连接。上述用于X频段的平板阵列天线中，还包括：若干个第二功率分配网络单元；其中，若干个第二功率分配网络单元组成第二功率分配网络层；每个第二功率分配单元包括第二末级功率分配网络带状线介质基板、第二末级功率分配网络带状线印制线和第二带状线屏蔽腔；其中，第二末级功率分配网络带状线印制线附着于第二末级功率分配网络带状线介质基板的表面；第二带状线屏蔽腔与第二末级功率分配网络带状线介质基板相连接，并且第二带状线屏蔽腔罩于第二末级功率分配网络带状线印制线；第二末级功率分配网络带状线印制线与第二带状线输入端口相连接。上述用于X频段的平板阵列天线中，所述第一末级功率分配网络带状线印制线包括四个第一探针，每个第一探针通过第一带状线输入端口与相对应的方形正交模耦合器相连接。上述用于X频段的平板阵列天线中，所述第二末级功率分配网络带状线印制线包括四个第二探针，每个第二探针通过第二带状线输入端口与相对应的方形正交模耦合器相连接。上述用于X频段的平板阵列天线中，所述调谐空气腔的截面形状为方形，所述调谐空气腔的高度为2mm；所述十字辐射器缝隙的厚度为1mm。上述用于X频段的平板阵列天线中，所述波导模式传输腔体的截面形状为方形，所述波导模式传输腔体的截面形状的边长与所述调谐空气腔的截面形状的边长相等，所述波导模式传输腔体的厚度为4.5mm。上述用于X频段的平板阵列天线中，所述方形正交模耦合器的截面形状为方形，所述方形正交模耦合器的厚度为17mm，第一带状线输入端口和第二带状线输入端口之间的垂直距离为13mm。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)本专利技术通过上下两层功率分配网络层对应收发两个频段，产生正交模式两种线极化波，再与圆极化罩相结合实现左旋发射、右旋接收的两种圆极化波形。带状线采用薄印制板加工，夹在金属腔内，实现空气带状线结构，降低了介质带状线的损耗。天线同时实现了高效率、低剖面、高增益、窄波束、易加工、跨宽频带的特点；降低了加工难度，减少了加工成本，更适合于大规模生产加工，适用性更强。(2)本专利技术通过十字缝隙上部的调谐空气腔使得通过十字缝隙耦合出去的的电磁场分布更加均匀，进而实现了高口径效率的辐射器，本专利技术辐射器的口径效率能够在较宽的频带内达到85％，使得天线辐射口面的辐射效率远高于传统的抛物面、平板卫星通信天线。(3)本专利技术的整个功率分配网络层由带状线组成，传输准TEM模式，能量集中在带状线印制线附近，可以在空气带状线金属腔侧壁中心线处切开进行基于机铣工艺加工，切开后的结构依靠螺钉结构连接，而不会影响带状线网络的电性能。附图说明图1本专利技术的实施例提供的用于X频段的平板阵列天线结构组成示意图；图2(a)为本专利技术的实施例提供的圆极化罩结构示意图；图2(b)为本专利技术的实施例提供的圆极化罩的印制线的结构示意图；图3为本专利技术的实施例提供的天线阵列单元的结构示意图；图3-1为本专利技术的实施例提供的十字辐射器缝隙的结构示意图；图4(a)为本专利技术的实施例提供的第一功率分配网络层的结构示意图；图4(b)为本专利技术的实施例提供的第一功率分配网络单元的结构示意图；图5(a)为本专利技术的实施例提供的第二功率分配网络层的结构示意图；图5(b)为本专利技术的实施例提供的第二功率分配网络单元的结构示意图。具体实施方式图1本专利技术的实施例提供的用于X频段的平板阵列天线结构组成示意图；图2(a)为本专利技术的实施例提供的圆极化罩结构示意图；图3为本专利技术的实施例提供的天线阵列单元的结构示意图；图3-1为本专利技术的实施例提供的十字辐射器缝隙的结构示意图。如图1、图2(a)、图3和图3-1所示，该用于X频段的平板阵列天线包括：若干个天线阵列单元，其中，若干个天线阵列单元按m列n行排列，其中m大于2，n大于2；每个天线阵列单元包括圆极化罩1、调谐空气腔2、十字辐射器缝隙3、波导模式传输腔体4、方形正交模耦合器5、第一带状线输入端口81和第二带状线输入端口82；调谐空气腔2设置于十字辐射器缝隙3的上部；十字辐射器缝隙3的每个缝隙按90°间隔旋转排列；波导模式传输腔体4设置于十本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于X频段的平板阵列天线，其特征在于包括：若干个天线阵列单元，其中，若干个天线阵列单元按m列n行排列，其中m大于2，n大于2；每个天线阵列单元包括圆极化罩(1)、调谐空气腔(2)、十字辐射器缝隙(3)、波导模式传输腔体(4)、方形正交模耦合器(5)、第一带状线输入端口(81)和第二带状线输入端口(82)；调谐空气腔(2)设置于十字辐射器缝隙(3)的上部；十字辐射器缝隙(3)的每个缝隙按90°间隔旋转排列；波导模式传输腔体(4)设置于十字辐射器缝隙(3)的下部；方形正交模耦合器(5)设置于波导模式传输腔体(4)的下部；第一带状线输入端口(81)设置于方形正交模耦合器(5)的一侧面，第二带状线输入端口(82)设置于方形正交模耦合器(5)的另一侧面，其中，这两个侧面相邻；圆极化罩(1)、十字辐射器缝隙(3)、调谐空气腔(2)、波导模式传输腔体(4)和方形正交模耦合器(5)的中心线均重合。

【技术特征摘要】
1.一种用于X频段的平板阵列天线，其特征在于包括：若干个天线阵列单元，其中，若干个天线阵列单元按m列n行排列，其中m大于2，n大于2；每个天线阵列单元包括圆极化罩(1)、调谐空气腔(2)、十字辐射器缝隙(3)、波导模式传输腔体(4)、方形正交模耦合器(5)、第一带状线输入端口(81)和第二带状线输入端口(82)；调谐空气腔(2)设置于十字辐射器缝隙(3)的上部；十字辐射器缝隙(3)的每个缝隙按90°间隔旋转排列；波导模式传输腔体(4)设置于十字辐射器缝隙(3)的下部；方形正交模耦合器(5)设置于波导模式传输腔体(4)的下部；第一带状线输入端口(81)设置于方形正交模耦合器(5)的一侧面，第二带状线输入端口(82)设置于方形正交模耦合器(5)的另一侧面，其中，这两个侧面相邻；圆极化罩(1)、十字辐射器缝隙(3)、调谐空气腔(2)、波导模式传输腔体(4)和方形正交模耦合器(5)的中心线均重合。2.根据权利要求1所述的用于X频段的平板阵列天线，其特征在于：所述圆极化罩(1)包括极化印制线(10)和介质基板(11)；其中，极化印制线(10)附着于介质基板(11)的表面；极化印制线(10)是由折线单元周期相连组成的折线栅，折线的宽度w取0.5mm至2.2mm，折线单元的总长lx取10mm至22mm，折线单元的总宽lw取10mm至30mm，折线栅行间距t约为18mm至27mm。3.根据权利要求2所述的用于X频段的平板阵列天线，其特征在于：所述介质基板(11)的厚度为1mm-10mm。4.根据权利要求1所述的用于X频段的平板阵列天线，其特征在于还包括：若干个第一功率分配网络单元；其中，若干个第一功率分配网络单元组成第一功率分配网络层；每个第一功率分配单元包括第一末级功率分配网络带状线介质基板(91)、第一末级功率分配网络带状线印制线(101)和第一带状线屏蔽腔(121)；其中，第一末级功率分配网络带状线印制线(101)附着于第一末级功率分配网络带状线介质基板(91)的表面；第一带状线屏蔽腔(121)与第一末级功率分配网络带状线介质基板(91)相连接，并且第一带状线屏蔽腔(121)罩于第一末级功率分配网络带...

【专利技术属性】
技术研发人员：史永康，李鹏飞，
申请(专利权)人：北京遥测技术研究所，航天长征火箭技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11