应用于低轨卫星互联网宽带共口径终端的天线单元及组阵制造技术

本发明专利技术涉及卫星通信天线技术领域，公开了一种应用于低轨卫星互联网宽带共口径终端的天线单元及组阵，包括从下至上依次固定连接的基底层、中间层和顶层；其中，所述顶层的上表面刻蚀有外圈金属帽，所述顶层的上表面还粘贴有均进行了切角处理的发射贴片和接收贴片；所述发射贴片内开设有等臂长的U型缝隙，垂直于所述发射贴片的表面设有第一馈电同轴；所述中间层设有T形金属贴片；垂直于所述发射贴片的表面设有第二馈电同轴，所述第二馈电同轴的顶部和底部分别连接所述接收贴片和T形金属贴片。本发明专利技术通过中心短路结构及不同层馈电的方法解决了传统共口径天线的收发单元间的强耦合问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
应用于低轨卫星互联网宽带共口径终端的天线单元及组阵


[0001]本专利技术涉及卫星通信天线
，具体涉及一种应用于低轨卫星互联网宽带共口径终端的天线单元及组阵。

技术介绍

[0002]共口径天线是指将多个不同频段的天线置于同一个辐射口径面内，通过合理的设计使得每个天线能够独立工作且互不影响。由于其口径尺寸小、集成度高等优势，受到卫星通信系统的关注。
[0003]宽带共口径终端所采用的天线单元为共口径单元，且为小频率比共口径单元，频率比为1.5，其典型应用场景为毫米波卫星通信系统及军事雷达系统。
[0004]目前，根据镂空技术，将部分接收贴片天线电场较弱的区域替换成发射天线以实现收发共口径的辐射单元。为实现收发辐射单元之间的隔离，需在两个单元之间打屏蔽孔，以实现对电场的束缚。传统共口径终端天线单元的设计采用无切角的圆形贴片天线，通过加载U形缝隙的方式改变天线表面电流流动路径，产生新的谐振点来拓宽天线带宽，通过不同臂长的U形缝隙，使得两个正交方向上的电流流动路径不同，从而在正交方向上实现幅度大致相同，相位相差90
°
的两个正交极化分离，实现圆极化。
[0005]发射单元采用同轴探针(非中心馈电)直接馈电通过不等臂长的U形缝隙实现左旋圆极化(加载不同臂长的U形缝隙使得天线单元方向图发生偏转，该方法使得发射单元天线方向图等化性较差，方向图发生一定程度的偏转，且非中心馈电对后续芯片排布产生一定干扰)，接收单元采用双馈点形式通过带状线形式的移相功分网络实现右旋圆极化(该方法可以实现较单馈更宽的轴比带宽，但馈电网络带来了损耗，使得天线组阵后的阵列效率降低)，同时，现有技术由于物理尺寸的限制，使得组阵时必须将阵元间距调大才能满足物理尺寸的要求，接收单元布阵间距为0.53λ
L
，发射单元布阵间距为0.56λ
H
。扩大阵间距就使得采用该天线单元组阵时，扫描性能恶化，只能实现50
°
以内的扫描。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供一种应用于低轨卫星互联网宽带共口径终端的天线单元及组阵，将接收贴片天线电场较弱的区域替换成发射天线以实现收发共口径的辐射单元，并在收发单元之间打屏蔽孔，通过同轴探针中心馈电，采用等臂长的U形缝隙实现较宽的工作带宽且可缩小发射单元的尺寸，通过切角实现左旋圆极化，该方法使得天线单元更便于加工，同时中心馈电也有利于后续的布线；接收单元采用切角实现右旋圆极化，通过改进型L探针(T形探针)馈电，实现较宽的工作带宽，同时接收单元阵间距为0.45λ
L
，发射单元布阵间距为0.38λ
H
，可实现60
°
的扫描。
[0007]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0008]一种应用于低轨卫星互联网宽带共口径终端的天线单元，包括从下至上依次固定连接的基底层、中间层和顶层；
[0009]其中，所述顶层的上表面刻蚀有外圈金属帽，所述顶层的上表面还粘贴有均进行了切角处理的发射贴片和接收贴片，所述接收贴片位于所述外圈金属帽的内侧，所述发射贴片位于所述接收贴片的内侧，且所述接收贴片和发射贴片之间开设有屏蔽孔；
[0010]所述发射贴片内开设有等臂长的U型缝隙，垂直于所述发射贴片的表面设有第一馈电同轴，所述第一馈电同轴设置在所述发射贴片的中心，且所述第一馈电同轴的顶部和底部分别连接所述发射贴片和基底层；
[0011]所述中间层设有T形金属贴片，且所述T形金属贴片的竖直部设置在所述中间层的对角线上，且所述T形金属贴片关于所述对角线对称；T形金属贴片具体设置在：该T形金属贴片的竖直部的端部距离中间层所在的正方形的某一顶点0.04λ
L
的位置处，λ
L
为接收频段最低频点的波长。
[0012]垂直于所述接收贴片的表面设有第二馈电同轴，所述第二馈电同轴的顶部和底部分别连接所述T形金属贴片和基底层，且所述第二馈电同轴垂直于所述T形金属贴片的竖直部远离所述T形金属贴片的水平部的一端。
[0013]作为优化，所述基底层由下至上依次包括金属底板和第一介质板，所述中间层为半固化片PP，所述顶层包括第二介质板。
[0014]作为优化，所述T形金属贴片粘贴在所述第一介质板的上表面，所述半固化片PP的下表面。
[0015]作为优化，所述第一馈电同轴投影在所述发射贴片所在的水平面上位于所述U型缝隙所形成的“U”型的范围内。
[0016]作为优化，垂直于所述第二介质板的表面贯穿所述第二介质板设有若干外圈金属过化孔，若干所述外圈金属过化孔在所述第二介质板的投影均位于所述外圈金属帽的边沿上，所述外圈金属过化孔贯穿所述第二介质板到第一介质板。
[0017]作为优化，沿所述屏蔽孔的边沿、垂直于所述第二介质板的表面贯穿所述第二介质板设有若干内圈金属过化孔，所述内圈金属过化孔贯穿所述第二介质板到第一介质板。
[0018]作为优化，以U型缝隙的水平部分为x轴、竖直部分为y轴，所述发射贴片的切角为与所述x轴呈45
°
的方向设置，且所述发射贴片的切角设有两个，两个所述发射贴片的切角以所述第一馈电同轴呈中心对称设置。
[0019]作为优化，以U型缝隙的水平部分为x轴、竖直部分为y轴，所述发射贴片的切角为沿所述y轴的方向设置。
[0020]作为优化，所述外圈金属帽的四个角设有1/4圆周的圆弧，所述圆弧的凸面朝向所述顶层的中心，且所述外圈金属过化孔的半径与所述内圈金属过化孔的半径相同。
[0021]本专利技术还公开了一种组阵，将上述的应用于低轨卫星互联网宽带共口径终端的天线单元的接收贴片、第二馈电同轴和T形金属贴片组成的接收单元以矩形栅格布阵，并以四个所述接收单元为一组进行旋转90
°
馈电；将所述发射贴片、第一馈电同轴组成的发射单元以三角栅格布阵，并以四个所述发射单元为一组进行旋转90
°
馈电。
[0022]本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
[0023]1、对于频率比为1.5的小频率比共口径单元，本专利技术通过收发嵌套、中心短路结构(即为发射单元外的一圈接地金属柱)及T形探针馈电解决了传统共口径天线的带宽问题，使得相对带宽由传统的5％带宽拓宽到18％；本专利技术所借鉴的传统小频率比共口径天线单
元仿真结果收发带宽仅为5％，而本专利技术的天线在接收带宽上可做到18％，发射带宽可做到12％，覆盖了低轨卫星移动通信所需工作频段。
[0024]2、对于频率比为1.5的小频率比共口径单元，本专利技术接收单元的T形金属贴片位于接收单元的馈电层，而发射单元的馈电采用中心直馈的方式从金属地一直通到贴片层，通过中心短路结构及不同层馈电的方法解决了传统共口径天线的收发单元间的强耦合问题；
[0025]3、在组阵方面，本专利技术中的天线单元尺寸较传统共口径单元更小(传统共口径天线采用接收单元布阵间距为0.53λ
L
，发射单元布阵间距为0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于低轨卫星互联网宽带共口径终端的天线单元，其特征在于，包括从下至上依次固定连接的基底层、中间层和顶层；其中，所述顶层的上表面刻蚀有外圈金属帽，所述顶层的上表面还粘贴有均进行了切角处理的发射贴片和接收贴片，所述接收贴片位于所述外圈金属帽的内侧，所述发射贴片位于所述接收贴片的内侧，且所述接收贴片和发射贴片之间开设有屏蔽孔；所述发射贴片内开设有等臂长的U型缝隙，垂直于所述发射贴片的表面设有第一馈电同轴，所述第一馈电同轴设置在所述发射贴片的中心，且所述第一馈电同轴的顶部和底部分别连接所述发射贴片和基底层；所述中间层设有T形金属贴片，且所述T形金属贴片的竖直部设置在所述中间层的对角线上，且所述T形金属贴片关于所述对角线对称；垂直于所述接收贴片的表面设有第二馈电同轴，所述第二馈电同轴的顶部和底部分别连接所述T形金属贴片和基底层，且所述第二馈电同轴垂直于所述T形金属贴片的竖直部远离所述T形金属贴片的水平部的一端。2.根据权利要求1所述的一种应用于低轨卫星互联网宽带共口径终端的天线单元，其特征在于，所述基底层由下至上依次包括金属底板和第一介质板，所述中间层为半固化片PP，所述顶层包括第二介质板。3.根据权利要求2所述的一种应用于低轨卫星互联网宽带共口径终端的天线单元，其特征在于，所述T形金属贴片粘贴在所述第一介质板的上表面，在所述半固化片PP的下表面。4.根据权利要求1所述的一种应用于低轨卫星互联网宽带共口径终端的天线单元，其特征在于，所述第一馈电同轴投影在所述发射贴片所在的水平面上位于所述U型缝隙所形成的“U”型的范围内。5.根据权利要求2所述的一种应用于低轨卫星互联网宽带共口径终端的天线单元，其特征在于，垂直于所述第二介质板的表面贯穿所述第二介质板设有若干...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭秋意，刘又嘉，王建伟，龚源，谯丹，曾凌，
申请(专利权)人：重庆两江卫星移动通信有限公司，
类型：发明
国别省市：