【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及天线设计领域，具体涉及一种用于低轨卫星的ka波段双圆极化微带天线阵列。
技术介绍
1、近年来，移动互联网得到了广泛的应用并持续高速发展，空间通信技术也在不断进步，卫星通信网能够为地面通信网络无法覆盖的地区提供全天候的通信服务，目前已逐渐成为了全球通信网络中的重要组成部分。卫星通信网可按照轨道高度的差异来进行划分，从高到低分别为高轨卫星、中轨卫星和低轨卫星。低轨卫星的工作轨道大约距离地球表面500公里到1500公里，其可靠的低时延可与地面媲美，保证了实时通信能力以及高吞吐量数据传输。由于低空降低了信号稀疏对卫星功率的依赖性，低轨卫星在能耗上也显示出优越性。随着全球信息产业加速发展，国防、军事、商业、民生等领域对卫星通信系统的需求越来越大，各行业都加大了对卫星通信技术的投资，期望建成具有全球覆盖能力的卫星系统。
2、ka波段低轨卫星通信系统，相比于传统c波段和ku波段通信系统，ka波段具有以下特点：带宽提升、通信容量增大、终端体积小等特别适合低轨卫星通信。
3、目前低轨卫星通信天线发展趋势为相控阵雷达，与传统的机械扫描雷达相比，相控阵雷达的性能优势显著，优点主要表现在以下几点：天线波束快速扫描、能对付多目标、反应时间短、数据率高、抗干扰能力强和可靠性高等特点。由于低轨卫星轨道较低，导致低轨卫星覆盖范围较小，研制宽带宽角扫描相控阵能有效提升通信时效和通信容量。
4、相控阵天线是一种通过调节各天线单元的相位来控制辐射方向的阵列天线，用电子控制方式实现相控阵天线波束指向快速转换，使天线波速
5、实现圆极化通常有单馈圆极化、双馈圆极化、四单元顺序旋转馈电及线极化天线加载圆极化栅等方式。单馈圆极化方式较简单，使天线结果紧凑，但轴比带宽较窄。双馈圆极化方式性能稳定，但馈电网络设计复杂，通常需要多层介质板实现。通过四单元旋转馈电方式实现圆极化具有较宽的轴比带宽，但单元增益较低。也可以通过设计宽带线极化阵列，再加载宽带线圆极化栅的方式实现圆极化，这种方式对线极化栅的要求较高，天线剖面相对高，需要考虑天线与线极化之间的相互影响。
6、现有的较成熟的用于低轨卫星通信的ka波段的天线阵列的方案基本都是采用双馈加电桥的缝隙耦合微带天线形式，该天线形式可实现宽频带、宽波束、轴比性能好、双圆极化等辐射性能同时集成化程度高。
7、但是现有宽带宽角双圆极化微带天线多采用缝隙耦合微带天线形式，由于抑制宽角扫描栅瓣要求，阵列间距不足0.5倍波长，电尺寸较小，对于网络布局产生较大影响，最终导致耦合馈电带状线与分支电桥分层布置，从而带来更长的走线，网络损耗也更大，pcb层数更多，加工工艺更复杂，剖面更高，重量更大，成本也更高。对于低轨卫星通信而言，无论从商业角度还是便携式角度来说这些都是急需解决的要点。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种用于低轨卫星的ka波段双圆极化微带天线阵列，针对以上缺点进行两处改进设计：一是采用一对u型缝隙置于天线边缘(距离边缘0.23mm)，关于对角线对称，同时将分支电桥进行变形设计，为电桥与耦合馈线一体化设计提供空间从而实现电桥和馈线网络一体设计，减少网络pcb走线层数也减小网络走线长度降低网络损耗；二是根据现有pcb工艺结构采用半固化粘合层直接作为馈线网络和耦合缝隙间的耦合层设计进一步减少pcb层数，较于目前设计方案，本设计在pcb上就能减少两层以上，在保障性能的前提下拥有更低的成本、更低的质量以及更低的馈线损耗。
2、本专利技术通过下述技术方案实现：
3、一种用于低轨卫星的ka波段双圆极化微带天线阵列，微带天线阵列包括m*n个双圆极化天线单元，m表示行数，n表示列数，且m、n均为2的整数倍，m*n个所述双圆极化天线单元的左圆极化馈电点和右旋圆极化馈电点组成的圆极化馈电点组按照一定规律排列设置，所述双圆极化天线单元从上至下依次包括天线层和馈线层，所述天线层和馈线层之间通过半固化片连接，所述天线层的上表面设有圆形贴片，所述天线层的下表面设置有一对关于所述天线层的对角线对称的正交的u型缝隙，所述馈线层的上表面设置有正交放置的耦合带状线和分支带状电桥，所述馈线层的上表面还设置有左旋圆极化馈电点和右旋圆极化馈电点，所述左旋圆极化馈电点和右旋圆极化馈电点与所述分支带状电桥连接。
4、作为优化，所述天线层包括第一介质基板和第一金属地板，所述圆形贴片印制在所述第一介质基板的上表面，所述第一金属地板印制在所述第一介质基板的下表面，且所述第一金属地板上刻蚀有一对正交的关于所述第一金属地板的对角线对称的u型缝隙。
5、作为优化，所述圆形贴片的圆心与所述第一介质基板的中心重合。
6、作为优化，所述馈线层包括第二介质基板，所述第二介质基板上方设有正交放置的耦合带状线和分支带状电桥，所述第二介质基板的下方印制有第二金属地板，所述半固化层将所述第二介质基板与所述第一金属地板连接。
7、作为优化，所述u型缝隙的中间段长度为1.4mm，所述u型缝隙的两侧边段的长度为0.625mm。
8、作为优化，所述u型缝隙的中间段到最近的所述第一金属地板的边缘距离为1.15mm，所述u型缝隙的两侧边段到最近的所述第一金属地板的边缘距离为0.475mm。
9、作为优化，所述圆形贴片的直径为2.76mm。
10、作为优化，相邻两个所述第一介质基板之间设置有若干等距排列的金属化屏蔽孔。
11、作为优化，位于边缘的所述双圆极化天线单元的第一侧边的宽度为相邻两个所述双圆极化天线单元之间的距离的一半，其中，所述第一侧边为所述微带天线阵列的侧边。
12、作为优化，m*n个所述双圆极化天线单元的左圆极化馈电点和右旋圆极化馈电点组成的圆极化馈电点组按照一定规律排列设置具体为：
13、位于同一列的每间隔一行的所述双圆极化天线单元的圆极化馈电点组位于同一象限，位于同一列的相邻两个所述双圆极化天线单元的圆极化馈电点组位于不同象限，位于同一行的每间隔一列的所述双圆极化天线单元的圆极化馈电点组位于同一象限，位于同一行的相邻两个所述双圆极化天线单元的圆极化馈电点组位于不同象限，且位于同一行所述双圆极化天线单元的圆极化馈电点组同时位于所述天线层的水平中线的上方或者下方，位于同一列的所述双圆极化天线单元的圆极化馈电点组同时位于所述天线层的竖直中线的左侧或者右侧。
14、作为优化，位于第一行第一列的所述圆极化馈电点组在所述双圆极化天线单元的第四象本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于低轨卫星的ka波段双圆极化微带天线阵列，其特征在于，微带天线阵列包括M*N个双圆极化天线单元，M表示行数，N表示列数，且M、N均为2的整数倍，M*N个所述双圆极化天线单元的左圆极化馈电点和右旋圆极化馈电点组成的圆极化馈电点组按照一定规律排列设置，所述双圆极化天线单元从上至下依次包括天线层和馈线层，所述天线层和馈线层之间通过半固化片连接，所述天线层的上表面设有圆形贴片，所述天线层的下表面设置有一对关于所述天线层的对角线对称的正交的U型缝隙，所述馈线层的上表面设置有正交放置的耦合带状线和分支带状电桥，所述馈线层的上表面还设置有左旋圆极化馈电点和右旋圆极化馈电点，所述左旋圆极化馈电点和右旋圆极化馈电点与所述分支带状电桥连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于低轨卫星的ka波段双圆极化微带天线阵列，其特征在于，所述天线层包括第一介质基板和第一金属地板，所述圆形贴片印制在所述第一介质基板的上表面，所述第一金属地板印制在所述第一介质基板的下表面，且所述第一金属地板上刻蚀有一对正交的关于所述第一金属地板的对角线对称的U型缝隙。
3.根据权利要求2所述的一种用
4.根据权利要求2所述的一种用于低轨卫星的ka波段双圆极化微带天线阵列，其特征在于，所述U型缝隙的中间段长度为1.4mm，所述U型缝隙的两侧边段的长度为0.625mm。
5.根据权利要求4所述的一种用于低轨卫星的ka波段双圆极化微带天线阵列，其特征在于，所述U型缝隙的中间段到最近的所述第一金属地板的边缘距离为1.15mm，所述U型缝隙的两侧边段到最近的所述第一金属地板的边缘距离为0.475mm。
6.根据权利要求1所述的一种用于低轨卫星的ka波段双圆极化微带天线阵列，其特征在于，所述圆形贴片的直径为2.76mm。
7.根据权利要求2所述的一种用于低轨卫星的ka波段双圆极化微带天线阵列，其特征在于，相邻两个所述第一介质基板之间设置有若干等距排列的金属化屏蔽孔。
8.根据权利要求1所述的一种用于低轨卫星的ka波段双圆极化微带天线阵列，其特征在于，位于边缘的所述双圆极化天线单元的第一侧边的宽度为相邻两个所述双圆极化天线单元之间的距离的一半，其中，所述第一侧边为所述微带天线阵列的侧边。
9.根据权利要求1所述的一种用于低轨卫星的ka波段双圆极化微带天线阵列，其特征在于，M*N个所述双圆极化天线单元的左圆极化馈电点和右旋圆极化馈电点组成的圆极化馈电点组按照一定规律排列设置具体为：
10.根据权利要求9所述的一种用于低轨卫星的ka波段双圆极化微带天线阵列，其特征在于，位于第一行第一列的所述圆极化馈电点组在所述双圆极化天线单元的第四象限，位于一行第二列的所述圆极化馈电点组在所述双圆极化天线单元的第三象限，位于第二行第一列的所述圆极化馈电点组在所述双圆极化天线单元的第一象限，位于第二行第二列的所述圆极化馈电点组在所述双圆极化天线单元的第二象限。
...【技术特征摘要】
1.一种用于低轨卫星的ka波段双圆极化微带天线阵列，其特征在于，微带天线阵列包括m*n个双圆极化天线单元，m表示行数，n表示列数，且m、n均为2的整数倍，m*n个所述双圆极化天线单元的左圆极化馈电点和右旋圆极化馈电点组成的圆极化馈电点组按照一定规律排列设置，所述双圆极化天线单元从上至下依次包括天线层和馈线层，所述天线层和馈线层之间通过半固化片连接，所述天线层的上表面设有圆形贴片，所述天线层的下表面设置有一对关于所述天线层的对角线对称的正交的u型缝隙，所述馈线层的上表面设置有正交放置的耦合带状线和分支带状电桥，所述馈线层的上表面还设置有左旋圆极化馈电点和右旋圆极化馈电点，所述左旋圆极化馈电点和右旋圆极化馈电点与所述分支带状电桥连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于低轨卫星的ka波段双圆极化微带天线阵列，其特征在于，所述天线层包括第一介质基板和第一金属地板，所述圆形贴片印制在所述第一介质基板的上表面，所述第一金属地板印制在所述第一介质基板的下表面，且所述第一金属地板上刻蚀有一对正交的关于所述第一金属地板的对角线对称的u型缝隙。
3.根据权利要求2所述的一种用于低轨卫星的ka波段双圆极化微带天线阵列，其特征在于，所述馈线层包括第二介质基板，所述第二介质基板上方设有正交放置的耦合带状线和分支带状电桥，所述第二介质基板的下方印制有第二金属地板，所述半固化层将所述第二介质基板与所述第一金属地板连接。
4.根据权利要求2所述的一种用于低轨卫星的ka波段双圆极化微带天线阵列，其特征在于，所述u型缝隙的中间段长度为1.4mm，所述u型缝隙的两侧...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘绍华，刘又嘉，王建伟，鲁国林，曾凌，龚源，寇鹏飞，
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：
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