低剖面圆极化等通量星载天线制造技术

本发明专利技术公开了低剖面圆极化等通量星载天线，涉及微电子天线领域，包括平板波导，平板波导包括相互连接的金属盘和基板；馈电组件，馈电组件包括位于金属盘下表面中心位置的馈电网络，馈电网络连接有多个中心探针，中心探针置入到平板波导中；用于激发圆极化辐射的天线阵列，天线阵列布置在基板上表面，天线阵列具有多圈环形口径场，环形口径场包括有若干个贴片阵元，中心探针置入到平板波导后与最内圈环形口径场的贴片阵元电性连接；以及金属层，金属层布置在基板下表面，金属层在位于各贴片阵元匹配的位置开设有缝隙，以将馈电内腔的电磁波耦合到贴片阵元上，从而实现圆极化辐射。本发明专利技术体积小剖面低、辐射效率高、空间轴比好。空间轴比好。空间轴比好。

【技术实现步骤摘要】
低剖面圆极化等通量星载天线


[0001]本专利技术涉及微电子天线领域，特别涉及一种低剖面圆极化等通量星载天线。

技术介绍

[0002]对比大卫星而言，小卫星制造成本低、开发周期短，其中立方星更是以其质量轻、易集成、模块化的优点在低轨道卫星领域得到广泛应用。由于尺寸限制，小型卫星对装配在上面的天线有着更严格的要求，低质量，低剖面，小尺寸，足够的机械健壮性等等。故而设计小型化的星载天线就尤为必要。
[0003]天线作为射频系统的重要前端部件，在不同应用场景需要具备不同的特性。圆极化由于其可以一直多径效应和极化失配的特点，广泛应用在卫星通信领域。另外，由于地球是球形，通常希望低轨道卫星的天线能够产生等通量的方向图，从而使得覆盖范围内获得大致相同的信号强度。
[0004]目前已有方案[1]，其中，采用一种介质加载的贴片天线，介质透镜起到波束赋形的作用，从而得到一个等通量的方向图。该方案虽然覆盖角度能够达到
±
50
°
，但加载的介质块体积大，剖面高，难以利用到立方星上。
[0005]方案[2]的辐射主体为顺序馈电的圆形贴片和一圈PIFA组成。馈电网络则是一个复杂的一分十二不等馈电。这个天线剖面较低，同时结构可靠性良好，但是其馈电网络过于复杂，导致损耗大，增益较低，轴比较差。
[0006][1]X.Ren,S.Liao,and Q.Xue,"A circularly polarized spaceborne antenna with shaped beam for earth coverage applications,"IEEE Transactions on Antennas and Propagation,vol.67,no.4,pp.2235
‑
2242,2019.
[0007][2]S.Li,S.Liao,Y.Yang,W.Che and Q.Xue,"Low
‑
Profile Circularly Polarized Isoflux Beam Antenna Array Based on Annular Aperture Elements for CubeSat Earth Coverage Applications,"in IEEE Transactions on Antennas and Propagation,vol.69,no.9,pp.5489
‑
5502,Sept.2021,doi:10.1109/TAP.2021.3060039.

技术实现思路

[0008]本专利技术旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。为此，本专利技术实施例提供一种体积小剖面低、辐射效率高、空间轴比好的低剖面圆极化等通量星载天线。
[0009]低馈电网络损耗保证高辐射效率，整体尺寸小。
[0010]根据本专利技术实施例的低剖面圆极化等通量星载天线，包括平板波导，所述平板波导包括相互连接的金属盘和基板，所述基板和所述金属盘之间具有馈电内腔；馈电组件，所述馈电组件包括位于所述金属盘下表面中心位置的馈电网络，所述馈电网络连接有多个中心探针，所述中心探针置入到所述平板波导中，以将电磁波馈入到所述馈电内腔并在所述馈电内腔激励起圆极化的行波场；用于激发圆极化辐射的天线阵列，所述天线阵列布置在
所述基板上表面，所述天线阵列具有多圈环形口径场，各所述环形口径场同心设置，所述环形口径场包括有若干个贴片阵元，所述中心探针置入到所述平板波导后与最内圈所述环形口径场的贴片阵元电性连接；以及金属层，所述金属层布置在所述基板下表面，所述金属层在位于各所述贴片阵元匹配的位置开设有缝隙，以将所述馈电内腔的电磁波耦合到所述贴片阵元上，从而实现圆极化辐射。
[0011]在可选或优选的实施例中，所述馈电组件还包括位于所述金属盘下表面的馈电板，所述馈电网络布置在所述馈电板下表面，所述中心探针先后穿过所述馈电板及所述平板波导后，与最内圈的所述贴片阵元电性连接，以进行馈电。
[0012]在可选或优选的实施例中，最内圈所述环形口径场的所述贴片阵元为四元序列馈电的圆极化贴片，所述中心探针共设四根，所述馈电网络为一分四序列的微带结构，所述馈电网络通过各所述中心探针对最内圈的所述贴片阵元进行馈电。
[0013]在可选或优选的实施例中，所述环形口径场共设置三圈，外两圈所述环形口径场中，每圈所述环形口径场的各所述贴片阵元呈旋转对称分布，并通过相应所述缝隙耦合进行馈电。
[0014]在可选或优选的实施例中，外两圈所述环形口径场中，各所述贴片阵元为切角圆极化贴片。
[0015]在可选或优选的实施例中，所述馈电板四周还设置有圆周布置的多个负载电阻，所述负载电阻通过周边探针置入到所述平板波导，以将所述平板波导末端未辐射的电磁波经所述周边探针流到所述负载电阻被吸收。
[0016]在可选或优选的实施例中，所述金属盘内设置有若干个环向脊，用于控制所述环形口径场上所述贴片阵元的耦合量。
[0017]在可选或优选的实施例中，所述金属盘内在所述平板波导末端沿半径方向设置有径向脊，用于提高吸收能量的能力。
[0018]在可选或优选的实施例中，所述金属层镀在所述基板下表面。
[0019]基于上述技术方案，本专利技术实施例至少具有以下有益效果：上述技术方案，电磁波经过中心探针馈入平板波导，一部分电磁波沿中心探针到达最内圈环形口径场的贴片阵元，一部分电磁波沿平板波导的半径方向向四周传播，平板波导内的电磁波经过金属层的缝隙时会有部分耦合到上方的贴片阵元上，实现圆极化辐射。通过控制贴片阵元的位置和缝隙的耦合度，来控制环形口径场，进而实现等通量的圆极化辐射。本专利技术的低剖面圆极化等通量天线模块，实现良好的圆极化等通量辐射性能，贴片阵元内各单元均可以激发圆极化辐射，实现比贴片阵元内各单元激发线极化能够有更好的轴比，整体组装简单易于加工，具有体积小剖面低、辐射效率高、空间轴比好的优点，适合应用于立方体卫星或其他小卫星。
附图说明
[0020]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步地说明；
[0021]图1是本专利技术实施例的爆炸图；
[0022]图2是本专利技术实施例中平板波导内电磁波的流动示意图；
[0023]图3是本专利技术实施例中天线阵列的透视图；
[0024]图4是本专利技术实施例中金属层的透视图；
[0025]图5是本专利技术实施例中金属盘的透视图；
[0026]图6是本专利技术实施例中馈电网络和负载电阻的俯视图；
[0027]图7是本专利技术实施例低剖面圆极化等通量星载天线的反射系数S11示意图；
[0028]图8是本专利技术实施例低剖面圆极化等通量星载天线的8.4GHz左旋圆极化、右旋圆极化增益示意图；
[0029]图9是本专利技术实施例低剖面圆极化等通量星载天线的8.4GHz轴比示意图。
具体实施方式
[0030]本部分将详细描述本专利技术的具体实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.低剖面圆极化等通量星载天线，其特征在于：包括平板波导，所述平板波导包括相互连接的金属盘和基板，所述基板和所述金属盘之间具有馈电内腔；馈电组件，所述馈电组件包括位于所述金属盘下表面中心位置的馈电网络，所述馈电网络连接有多个中心探针，所述中心探针置入到所述平板波导中，以将电磁波馈入到所述馈电内腔并在所述馈电内腔激励起圆极化的行波场；用于激发圆极化辐射的天线阵列，所述天线阵列布置在所述基板上表面，所述天线阵列具有多圈环形口径场，各所述环形口径场同心设置，所述环形口径场包括有若干个贴片阵元，所述中心探针置入到所述平板波导后与最内圈所述环形口径场的贴片阵元电性连接；以及金属层，所述金属层布置在所述基板下表面，所述金属层在位于各所述贴片阵元匹配的位置开设有缝隙，以将所述馈电内腔的电磁波耦合到所述贴片阵元上，从而实现圆极化辐射。2.根据权利要求1所述的低剖面圆极化等通量星载天线，其特征在于：所述馈电组件还包括位于所述金属盘下表面的馈电板，所述馈电网络布置在所述馈电板下表面，所述中心探针先后穿过所述馈电板及所述平板波导后，与最内圈的所述贴片阵元电性连接，以进行馈电。3.根据权利要求2所述的低剖面圆极化等通量星载天线，其特征在于：最内圈所述环形口径场的所述贴片阵元为四元序列馈电的圆极...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛泉，蔡思培，廖绍伟，车文荃，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：