一種低剖面平板動(dòng)中通天線的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種低剖面平板動(dòng)中通天線，包括天線陣面、正交模耦合器和饋電網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)一步地，天線陣面包括角錐喇叭天線單元，饋電網(wǎng)絡(luò)包括垂直極化饋電網(wǎng)絡(luò)和水平極化饋電網(wǎng)絡(luò)，天線陣面為角錐喇叭天線單元陣列排布，角錐喇叭天線單元與正交模耦合器級(jí)聯(lián)，垂直極化饋電網(wǎng)絡(luò)與正交模耦合器級(jí)聯(lián)，水平極化饋電網(wǎng)絡(luò)與正交模耦合器級(jí)聯(lián)。
【專利說(shuō)明】
一種低剖面平板動(dòng)中通天線
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及衛(wèi)星通信領(lǐng)域，尤其涉及一種低剖面平板動(dòng)中通天線。
【背景技術(shù)】
[0002]動(dòng)中通天線的設(shè)計(jì)是衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)。它針對(duì)車載、船載和機(jī)載等移動(dòng)載體通信的使用需求，可在載體快速移動(dòng)中實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間、不間斷的高速率信息傳輸；同時(shí)，可充分滿足應(yīng)急通信保障系統(tǒng)中高標(biāo)準(zhǔn)、高可靠性的要求，能廣泛應(yīng)用于新聞采集、應(yīng)急指揮等領(lǐng)域。
[0003]對(duì)動(dòng)中通天線而言，其關(guān)鍵技術(shù)是如何通過(guò)采用最小的口徑、最低的剖面，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的天線性能，從而使通信系統(tǒng)中信息速率的傳輸達(dá)到最大。目前主要有反射面天線、透鏡天線和陣列天線三種結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)形式。第一代動(dòng)中通天線以拋物反射面天線為主，這類天線的優(yōu)點(diǎn)是頻帶寬，旁瓣特性較好，且設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)。然而其體積和重量較大，一般應(yīng)用于大型移動(dòng)載體。介質(zhì)透鏡天線以其掃描時(shí)增益基本不下降及具有低剖面等優(yōu)點(diǎn)，而被應(yīng)用于多頻段、掃描范圍大的中低輪廓?jiǎng)又型ㄌ炀€。平板陣列天線以其效率高、重量輕及體積小等優(yōu)點(diǎn)，已成為動(dòng)中通天線的主要發(fā)展方向。一般分為單組陣列和多組陣列兩種類型，天線均采用兩維機(jī)械掃描體制。多組陣列天線的優(yōu)點(diǎn)是低輪廓，可實(shí)現(xiàn)收發(fā)共用。然而在低仰角時(shí)因片間有遮擋效應(yīng)會(huì)造成增益損失，在高仰角時(shí)因片間距較大將導(dǎo)致副瓣抬高。相對(duì)而言，單組陣列天線組陣靈活，天線剖面低且可實(shí)現(xiàn)收發(fā)共用，是當(dāng)前的主流形式。以色列Starling公司研制的Mi jet系列Ku波段動(dòng)中通天線采用背腔饋電單元，微帶、波導(dǎo)混合饋電網(wǎng)絡(luò)，其天線直徑為960mm，高度為IgOmmc3RaySat公司研制的E7000型動(dòng)中通天線均采用波導(dǎo)喇機(jī)饋電單元，純波導(dǎo)饋電網(wǎng)絡(luò)，天線饋電損耗較小。其天線直徑為1300mm，高300mm。上述兩種動(dòng)中通天線性能良好，然而其口徑尺寸和剖面相對(duì)而言仍有進(jìn)一步優(yōu)化的空間。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]為降低天線的剖面和口徑尺寸，本實(shí)用新型提供一種一體化設(shè)計(jì)的低剖面平板動(dòng)中通天線。
[0005]具體的技術(shù)解決方案如下:
[0006]—種低剖面平板動(dòng)中通天線，包括天線陣面、正交模耦合器和饋電網(wǎng)絡(luò)，其中，
[0007]所述天線陣面通過(guò)角錐喇叭天線單元陣列排布得到，所述饋電網(wǎng)絡(luò)包括垂直極化饋電網(wǎng)絡(luò)和水平極化饋電網(wǎng)絡(luò)，所述角錐喇叭天線單元與所述正交模耦合器級(jí)聯(lián)，所述垂直極化饋電網(wǎng)絡(luò)與所述正交模耦合器級(jí)聯(lián)，所述水平極化饋電網(wǎng)絡(luò)與所述正交模耦合器級(jí)耳關(guān)。
[0008]所述角錐喇叭天線單元數(shù)量為~=沁\(yùn)他，其中沁為列數(shù)，他為行數(shù)，仏彡8仏，沁、仏均為偶數(shù)。
[0009]所述天線陣面的矩形開口尺寸A = LXH,其中L為長(zhǎng)，H為寬，L彡4H。
[0010]所述角錐喇叭天線單元的矩形開口尺寸a= I Xh，其中I為寬，h為長(zhǎng)，I<h，I <λ，λ為工作頻段在自由空間中的最小波長(zhǎng)。
[0011]所述角錐喇叭天線單元上設(shè)有金屬柵格，所述金屬柵格將所述角錐喇叭天線單元的矩形開口等分成兩個(gè)長(zhǎng)度為I的正方形開口，使得天線同時(shí)傳輸水平極化波和垂直極化波，且所述角錐喇叭天線單元的矩形開口面的相位一致，其中L = N1IH=N2K
[0012]所述正交模耦合器設(shè)有第一連接面、第二連接面和第三連接面，所述第一連接面與所述角錐喇叭天線單元級(jí)聯(lián)，所述第二連接面與所述垂直極化饋電網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)，所述第三連接面與所述水平極化饋電網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)，所述第二連接面平行于所述角錐喇叭天線單元的矩形開口面，所述第三連接面垂直于所述角錐喇叭天線單元的矩形開口面。饋電信號(hào)從所述第一連接面輸入所述正交模親合器，所述正交模親合器將饋電信號(hào)分解成垂直極化波和水平極化波，分別從所述第二連接面和所述第三連接面輸出。
[0013]所述第一連接面和所述角錐喇叭天線單元級(jí)聯(lián)的矩形開口面為正方形。
[0014]所述角錐喇叭天線單元在垂直于其矩形開口面方向上的長(zhǎng)度1x^2.5λ。
[0015]所述垂直極化饋電網(wǎng)絡(luò)包括五級(jí)波導(dǎo)功分器，所述五級(jí)波導(dǎo)功分器由E面波導(dǎo)功分器和H面波導(dǎo)功分器混合級(jí)聯(lián)，所述水平極化饋電網(wǎng)絡(luò)包括四級(jí)波導(dǎo)功分器，所述四級(jí)波導(dǎo)功分器由E面波導(dǎo)功分器和H面波導(dǎo)功分器混合級(jí)聯(lián)。
[0016]所述垂直極化饋電網(wǎng)絡(luò)和所述水平極化饋電網(wǎng)絡(luò)在垂直于所述角錐喇叭天線單元的矩形開口面方向上的長(zhǎng)度為12，其中I2彡2.6λ。
[0017]本實(shí)用新型的有益技術(shù)效果體現(xiàn)在以下方面:
[0018]1.本實(shí)用新型提供的天線陣面、正交模耦合器和饋電網(wǎng)絡(luò)一體化設(shè)計(jì)，改善了加工工藝性，更方便加工;同時(shí)，減少了天線安裝工作量；
[0019]2.本實(shí)用新型提供的天線的剖面較低，剖面高度不大于5.1λ;
[0020]3.本實(shí)用新型提供的天線由多腔體構(gòu)成，自身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1是本實(shí)用新型提供的低剖面平板動(dòng)中通天線結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2(a)是本實(shí)用新型提供的天線陣面主視圖；
[0023]圖2(b)是本實(shí)用新型提供的天線陣面斜視圖；
[0024]圖3是本實(shí)用新型提供的垂直極化饋電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖4是本實(shí)用新型提供的水平極化饋電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖5(a)是本實(shí)用新型提供的饋電網(wǎng)絡(luò)中的E面波導(dǎo)功分器的主視圖；
[0027]圖5(b)是本實(shí)用新型提供的饋電網(wǎng)絡(luò)中的E面波導(dǎo)功分器的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖6(a)是本實(shí)用新型提供的饋電網(wǎng)絡(luò)中的H面波導(dǎo)功分器的主視圖；
[0029]圖6(b)是本實(shí)用新型提供的饋電網(wǎng)絡(luò)中的H面波導(dǎo)功分器的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖7是圖1實(shí)施例的仿真駐波曲線圖；
[0031]圖8是圖1實(shí)施例的仿真遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖；
[0032]圖中，1-角錐喇叭天線單元;2-金屬柵格;3-正交模耦合器;4-垂直極化饋電網(wǎng)絡(luò)；5-水平極化饋電網(wǎng)絡(luò)。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖，通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步地描述。
[0034]本實(shí)施例是工作與Ku波段的低剖面平板動(dòng)中通天線，接收的工作頻段為:10.7GHZ-12.75GHz，發(fā)射的工作頻段為:13.75GHz_14.5GHz。
[0035]參見圖1，低剖面平板動(dòng)中通天線包括天線陣面、正交模耦合器3和饋電網(wǎng)絡(luò)，其中，所述天線陣面通過(guò)角錐喇叭天線單元I陣列排布得到，饋電網(wǎng)絡(luò)包括垂直極化饋電網(wǎng)絡(luò)4和水平極化饋電網(wǎng)絡(luò)5，角錐喇叭天線單元I與正交模耦合器3級(jí)聯(lián)，垂直極化饋電網(wǎng)絡(luò)4與水平極化饋電網(wǎng)絡(luò)5混合級(jí)聯(lián)，垂直極化饋電網(wǎng)絡(luò)4與正交模耦合器3級(jí)聯(lián)，水平極化饋電網(wǎng)絡(luò)5與正交模耦合器3級(jí)聯(lián)。正交模耦合器3設(shè)有第一連接面D1、第二連接面D2和第三連接面D3，第一連接面Dl與角錐喇叭天線單元I級(jí)聯(lián)，第二連接面D2與垂直極化饋電網(wǎng)絡(luò)4級(jí)聯(lián)，第三連接面D3與水平極化饋電網(wǎng)絡(luò)5級(jí)聯(lián)，第二連接面D2平行于角錐喇叭天線單元I的矩形開口面，第三連接面D3垂直于角錐喇叭天線單元I的矩形開口面。饋電信號(hào)從所述第一連接面Dl輸入所述正交模耦合器3，所述正交模耦合器3將饋電信號(hào)分解成垂直極化波和水平極化波，分別從所述第二連接面D2和所述第三連接面D3輸出。
[0036]參見圖2，角錐喇叭天線單元I數(shù)量為N = N1 XN2,其中沁為列數(shù)，他為行數(shù)，N08N2，N^N2均為偶數(shù);天線陣面的矩形開口尺寸A = LXH,其中L為長(zhǎng)，H為寬，L彡4H;角錐喇叭天線單元I的矩形開口尺寸a = lXh，其中I為寬，h為長(zhǎng)，1<?!，1<λ，λ為工作頻段在自由空間中的最小波長(zhǎng)。
[0037]綜合參見圖1和圖2，角錐喇叭天線單元I上設(shè)有金屬柵格2，金屬柵格2將角錐喇叭天線單元I的矩形開口等分成兩個(gè)長(zhǎng)度為I的正方形開口，使得天線同時(shí)傳輸水平極化波和垂直極化波，且角錐喇叭天線單元I的矩形開口面的相位一致，其中L = N1I，H=N2h。第一連接面Dl和角錐喇叭天線單元I級(jí)聯(lián)的矩形開口面為正方形。角錐喇叭天線單元I在垂直于其開口面方向上的長(zhǎng)度1x^2.5λ。垂直極化饋電網(wǎng)絡(luò)4和水平極化饋電網(wǎng)絡(luò)5在垂直于角錐喇叭天線單元I的矩形開口面方向上的長(zhǎng)度為12，其中I2彡2.6λ。
[0038]參見圖3至圖6，垂直極化饋電網(wǎng)絡(luò)包括五級(jí)波導(dǎo)功分器，所述五級(jí)波導(dǎo)功分器由E面波導(dǎo)功分器和H面波導(dǎo)功分器混合級(jí)聯(lián)，所述水平極化饋電網(wǎng)絡(luò)包括四級(jí)波導(dǎo)功分器，所述四級(jí)波導(dǎo)功分器由E面波導(dǎo)功分器和H面波導(dǎo)功分器混合級(jí)聯(lián)。
[0039]參見圖7，其中橫坐標(biāo)為頻率變量，單位為GHz;縱坐標(biāo)為駐波VSWR幅度變量。本實(shí)施例接收工作頻帶為10.7GHZ-12.75GHz，發(fā)射工作頻帶為13.75GHz-14.5GHz，第二連接面D2和第三連接面D3的駐波在工作頻帶內(nèi)均小于1.8。
[0040]參見圖8，其中橫坐標(biāo)為角度變量，單位為deg；縱坐標(biāo)為遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖增益幅度變量，單位為dB ACC為國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)47CFR25.209中，南北瑋35°范圍內(nèi)定義的旁瓣包絡(luò)曲線。從圖中可明顯看出，在工作頻率為14.088GHz時(shí)，天線的增益遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖在俯仰方向?yàn)?°、10°、20°、30°、40°范圍內(nèi)均符合FCC旁瓣包絡(luò)曲線要求。
[0041]以上所述，僅為本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，對(duì)本實(shí)用新型所做的變形或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)以所述的權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種低剖面平板動(dòng)中通天線，其特征在于:包括天線陣面、正交模耦合器和饋電網(wǎng)絡(luò)，其中， 所述天線陣面通過(guò)角錐喇叭天線單元陣列排布得到，所述饋電網(wǎng)絡(luò)包括垂直極化饋電網(wǎng)絡(luò)和水平極化饋電網(wǎng)絡(luò)，所述角錐喇叭天線單元與所述正交模耦合器級(jí)聯(lián)，所述垂直極化饋電網(wǎng)絡(luò)與所述水平極化饋電網(wǎng)絡(luò)混合級(jí)聯(lián)，所述垂直極化饋電網(wǎng)絡(luò)與所述正交模耦合器級(jí)聯(lián)，所述水平極化饋電網(wǎng)絡(luò)與所述正交模耦合器級(jí)聯(lián)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低剖面平板動(dòng)中通天線，其特征在于:所述角錐喇叭天線單元數(shù)量為N=N1 XN2,其中見為列數(shù)，N2為行數(shù)，N08HN2均為偶數(shù)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低剖面平板動(dòng)中通天線，其特征在于:所述天線陣面的矩形開口尺寸A = LXH,其中L為長(zhǎng)，H為寬，L彡4H。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低剖面平板動(dòng)中通天線，其特征在于:所述角錐喇叭天線單元的矩形開口尺寸a = I Xh，其中h為長(zhǎng)，I為寬，I<h，I<λ，λ為工作頻段在自由空間中的最小波長(zhǎng)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的低剖面平板動(dòng)中通天線，其特征在于:所述角錐喇叭天線單元上設(shè)有金屬柵格，所述金屬柵格將所述角錐喇叭天線單元矩形開口等分成兩個(gè)長(zhǎng)度為I的正方形開口，使得天線同時(shí)傳輸水平極化波和垂直極化波，且所述角錐喇叭天線單元的矩形開口面的相位一致，其中L = Nil，H=N2h。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低剖面平板動(dòng)中通天線，其特征在于:所述正交模耦合器設(shè)有第一連接面、第二連接面和第三連接面，所述第一連接面與所述角錐喇叭天線單元級(jí)聯(lián)，所述第二連接面與所述垂直極化饋電網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)，所述第三連接面與所述水平極化饋電網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)，所述第二連接面平行于所述角錐喇叭天線單元的矩形開口面，所述第三連接面垂直于所述角錐喇叭天線單元的矩形開口面。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的低剖面平板動(dòng)中通天線，其特征在于:所述第一連接面和所述角錐喇叭天線單元級(jí)聯(lián)的矩形開口面為正方形。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低剖面平板動(dòng)中通天線，其特征在于:所述角錐喇叭天線單元在垂直于其矩形開口面方向上的長(zhǎng)度1:^2.5λ，λ為工作頻段在自由空間中的最小波長(zhǎng)。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低剖面平板動(dòng)中通天線，其特征在于:所述垂直極化饋電網(wǎng)絡(luò)包括五級(jí)波導(dǎo)功分器，所述五級(jí)波導(dǎo)功分器由E面波導(dǎo)功分器和H面波導(dǎo)功分器混合級(jí)聯(lián)，所述水平極化饋電網(wǎng)絡(luò)包括四級(jí)波導(dǎo)功分器，所述四級(jí)波導(dǎo)功分器由E面波導(dǎo)功分器和H面波導(dǎo)功分器混合級(jí)聯(lián)。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低剖面平板動(dòng)中通天線，其特征在于:所述垂直極化饋電網(wǎng)絡(luò)和所述水平極化饋電網(wǎng)絡(luò)在垂直于所述角錐喇叭天線單元的矩形開口面方向上的長(zhǎng)度為12，其中I2彡2.6λ，λ為工作頻段在自由空間中的最小波長(zhǎng)。
【文檔編號(hào)】H01Q13/02GK205646177SQ201620407719
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月6日
【發(fā)明人】鄭文泉, 薛玲瓏, 胡俊毅, 孫竹, 黃理勇
【申請(qǐng)人】上海航天測(cè)控通信研究所, 上海航天衛(wèi)星應(yīng)用有限公司