一种星载毫米波十字阵子天线制造技术

本实用新型专利技术公开了一种星载毫米波十字阵子天线，包括金属腔体、辐射底板、阵子主体、导体，所述金属腔体设置在辐射底板上，所述阵子主体通过导体连接辐射底板，所述阵子主体置于导体的顶端，所述导体位于金属腔体内，解决了现有技术中低轨卫星通信时无法实现天线在Ka频段中低耦合的问题。本实用新型专利技术优点是：天线周围加载金属腔体的方式降低了相控阵天线单元之间的互耦效应，改善了相控阵天线方向图的扫描特性，由于天线单元四周均被金属腔体包围，为实现天线单元的宽波束，可以通过优化阵子臂到辐射底板高度和调节金属腔体的尺寸的办法来有效地展宽天线波束，并且保证了阵元之间的低互耦要求。

【技术实现步骤摘要】
一种星载毫米波十字阵子天线
本技术涉及卫星通讯、导航天线
，特别涉及一种星载毫米波十字阵子天线。
技术介绍
自从相控阵技术的诞生至今，相控阵天线早已广泛应用于雷达，导航，通信及电子对抗等领域。低轨道星地通信链路环境主要为莱斯衰减信道，要保证整个服务区通信的可靠，就必然需要提高天线特定方向增益和采用宽角域扫描。同时，由于卫星平台的特殊环境，要求天线具备抗辐照、抗原子氧、重量轻的性能，在重量和空间都十分珍贵的情况下，对单元天线提出了结构可靠、小型化、轻量化的要求。由于圆极化天线有着抑制雨雾的去极化效应以及抗多径反射效应等优点而在星载天线中备受推崇，目前常用于实现宽波束的圆极化天线主要分为微带天线、螺旋天线和十字振子天线等三大类。其中，由于微带天线的有导体和介质损耗，会激励表面波，导致辐射效率降低，而且功率容量较小，一般用于中、小功率场合，其介质基片材料受原子氧的影响较大，在低轨情况下温度会出现骤变，会导致微带天线贴片变形，很有可能脱落，无法长期承受温变环境，而且微带天线带宽较窄，不适用于星载环境；而螺旋天线在Ka频段体积太小，不易加工，其性能无法保证。因此，需要设计一种星载毫米波十字阵子天线，目的在于，解决现有技术中低轨卫星通信时无法实现天线在Ka频段中的宽频带、宽波束、低耦合、高可靠、小型化、重量轻特的缺陷。
技术实现思路
本技术目的在于解决现有技术中低轨卫星通信时无法实现天线在Ka频段中低耦合的问题。本技术通过下述技术方案实现：一种星载毫米波十字阵子天线，包括金属腔体、辐射底板、阵子主体、导体，所述金属腔体设置在辐射底板上，所述阵子主体通过导体连接辐射底板，所述阵子主体置于导体的顶端，所述导体位于金属腔体内。现有技术是常用于实现宽波束的圆极化天线主要分为微带天线、螺旋天线和十字振子天线等三大类。其中，由于微带天线的有导体和介质损耗，会激励表面波，导致辐射效率降低，而且功率容量较小，一般用于中、小功率场合，其介质基片材料受原子氧的影响较大，在低轨情况下温度会出现骤变，会导致微带天线贴片变形，很有可能脱落，无法长期承受温变环境，而且微带天线带宽较窄，不适用于星载环境；而螺旋天线在Ka频段体积太小，不易加工，其性能无法保证。本技术增加了金属腔体，金属腔体设置在辐射底板上，金属腔体的内部设置有天线，天线周围加载金属腔体的方式降低了相控阵天线单元之间的互耦效应，改善了相控阵天线方向图的扫描特性，由于天线单元四周均被金属腔体包围，为实现天线单元的宽波束，可以通过优化阵子臂到辐射底板高度和调节金属腔体的尺寸的办法来有效地展宽天线波束，并且保证了阵元之间的低互耦要求。进一步的，阵子主体包括阵子长臂和阵子短臂，所述阵子长臂和阵子短臂正交设置，相邻阵子长臂和阵子短臂之间的相位差为90度，所述阵子长臂和阵子短臂均设置在导体的顶端；所述十字阵子长臂和十字阵子短臂，辐射振子本身取不同电长度时，上面的电流会表现出不同相位，当对称振子的电长度接近λ/2时，其输入阻抗近似为纯阻，加激励电压时，馈电处电流的初始相位可认为是0°，若振子电长度小于λ/2，其输入阻抗会表现出容性，馈电处电流初始相位对0°表现出超前性，若振子电长度大于λ/2，其输入阻抗会表现出感性，馈电处电流初始相位对0°表现出滞后性；所述正交放置的两对振子同时馈电时，适当调节两对振子的长度，可使其上电流相位差正好满足90°，而两对振子相对于馈电点的不同摆放位置，可以产生左旋或右旋圆极化辐射，其极化特性由两电流分量中的超前者转向滞后者来判定，即由短臂转向长臂；所述两对偶极子天线方位正交、幅度相等、相位差为90°，通过调节正交振子长度参数的调整可获得很好的圆极化特性，采用同轴开槽巴伦馈电，来实现平衡馈电和获得较好的阻抗匹配特性。进一步的，导体由内到外依次设置为内导体、介质和外导体，所述外导体设置在金属腔体内，所述内导体、介质和外导体均连接辐射底板；所述信号从同轴端口进入内导体，由于内导体与外导体相连接，信号经过内导体后到外导体，通过调节内导体的内径和长度可以调节其阻抗匹配。所述在外导体上切割的长度约为λ/4的纵槽形成了开槽同轴巴伦，为了保持振子结构对称，开槽线两臂都与外导体相连接，开槽段可理解成λ/4短路线。进一步的，内导体和介质均贯穿在辐射底板中；所述辐射底板，仿真时需要将天线的底部边界条件设为无限大的地面，作为反射板，由于十字阵子天线可在其两侧辐射两种极化相反的圆极化波，在大多数应用场合，这种双向辐射特性会造成较大的能量浪费，因此在其下半空间放置反射板来增强单向辐射特性，通过调整振子平面与底板的间距可以调节天线的波束特性，当间距接近λ/4时可获最强的定向性。进一步的，外导体的底部设置在辐射底板的上表面。进一步的，介质的材料为聚酰亚胺；所述聚酰亚胺具有优良的机械性能，微波性能稳定，耐温和耐辐照性能优良，在卫星通信领域已有大量应用。进一步的，外导体的外表面轴向方向设置有长度为λ/4的槽，所述槽两边的开槽线与所述外导体相连接，所述λ/4的线路为短路线；所述短路线时输入阻抗无限大，外导体无电流流过，达到了平衡馈电目的，通过调节开槽线内芯的直径和长度实现阻抗变换，可以使得天线在较宽频带内工作。本技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：1.本技术一种星载毫米波十字阵子天线，金属腔体设置在辐射底板上，金属腔体的内部设置有天线，天线周围加载金属腔体的方式降低了相控阵天线单元之间的互耦效应，改善了相控阵天线方向图的扫描特性，由于天线单元四周均被金属腔体包围，为实现天线单元的宽波束，可以通过优化阵子臂到辐射底板高度和调节金属腔体的尺寸的办法来有效地展宽天线波束，并且保证了阵元之间的低互耦要求。2.本技术一种星载毫米波十字阵子天线，通过两个正交放置的不同输入阻抗的偶极子加上等幅度等相位的激励，依靠自阻抗的不同使得电流相位差90°，构造了自相移结构，实现了圆极化波的辐射，不需要外加移相电路就可以直接实现圆极化，通过同轴开槽线巴伦馈电实现平衡馈电和阻抗匹配，通过在天线周围加载金属腔体的方案来实现十字交叉阵子高可靠、低互耦和宽波束的特性，通过选择合适的反射底板高度，可以实现较宽的定向波束及较高的增益。3.本技术一种星载毫米波十字阵子天线，性能可靠、结构简单，是卫星通信和导航常用的终端天线，不但可作为单独天线，在工程应用中更多的是作为阵列天线的单元或者面天线的馈源使用，它广泛应用于雷达、通信、电子对抗等领域。附图说明此处所说明的附图用来提供对本技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本技术实施例的限定。在附图中：图1是本技术仿真模型示意图。图2是本技术仿真模型俯视图。图3是本技术方向图仿真曲线示意图。图4是本技术轴比仿真曲线示意图。图5是本技术驻波仿真曲线示意图。图6是本技术正本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种星载毫米波十字阵子天线，其特征在于，包括金属腔体(6)、辐射底板(7)、阵子主体、导体，所述金属腔体(6)设置在辐射底板(7)上，所述阵子主体通过导体连接辐射底板(7)，所述阵子主体置于导体的顶端，所述导体位于金属腔体(6)内。/n

【技术特征摘要】
1.一种星载毫米波十字阵子天线，其特征在于，包括金属腔体(6)、辐射底板(7)、阵子主体、导体，所述金属腔体(6)设置在辐射底板(7)上，所述阵子主体通过导体连接辐射底板(7)，所述阵子主体置于导体的顶端，所述导体位于金属腔体(6)内。


2.根据权利要求1所述的一种星载毫米波十字阵子天线，其特征在于，所述阵子主体包括阵子长臂(1)和阵子短臂(2)，所述阵子长臂(1)和阵子短臂(2)正交设置，相邻阵子长臂(1)和阵子短臂(2)之间的相位差为90度，所述阵子长臂(1)和阵子短臂(2)均设置在导体的顶端。


3.根据权利要求1所述的一种星载毫米波十字阵子天线，其特征在于，所述导体由内到外依次设置为内导体(3)、介质(5)和外导体(4)，所述外导体(4)设置...

【专利技术属性】
技术研发人员：张仁敏，鲁国林，黄海燕，谭勇，
申请(专利权)人：重庆两江卫星移动通信有限公司，
类型：新型
国别省市：重庆;50