一種低剖面平板動中通天線的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種低剖面平板動中通天線，包括天線陣面、正交模耦合器和饋電網絡，進一步地，天線陣面包括角錐喇叭天線單元，饋電網絡包括垂直極化饋電網絡和水平極化饋電網絡，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聯，垂直極化饋電網絡與正交模耦合器級聯，水平極化饋電網絡與正交模耦合器級聯。
【專利說明】
一種低剖面平板動中通天線
技術領域
[0001]本實用新型涉及衛星通信領域，尤其涉及一種低剖面平板動中通天線。
【背景技術】
[0002]動中通天線的設計是衛星移動通信系統中的關鍵技術。它針對車載、船載和機載等移動載體通信的使用需求，可在載體快速移動中實現長時間、不間斷的高速率信息傳輸；同時，可充分滿足應急通信保障系統中高標準、高可靠性的要求，能廣泛應用于新聞采集、應急指揮等領域。
[0003]對動中通天線而言，其關鍵技術是如何通過采用最小的口徑、最低的剖面，實現最優的天線性能，從而使通信系統中信息速率的傳輸達到最大。目前主要有反射面天線、透鏡天線和陣列天線三種結構實現形式。第一代動中通天線以拋物反射面天線為主，這類天線的優點是頻帶寬，旁瓣特性較好，且設計簡單、易于實現。然而其體積和重量較大，一般應用于大型移動載體。介質透鏡天線以其掃描時增益基本不下降及具有低剖面等優點，而被應用于多頻段、掃描范圍大的中低輪廓動中通天線。平板陣列天線以其效率高、重量輕及體積小等優點，已成為動中通天線的主要發展方向。一般分為單組陣列和多組陣列兩種類型，天線均采用兩維機械掃描體制。多組陣列天線的優點是低輪廓，可實現收發共用。然而在低仰角時因片間有遮擋效應會造成增益損失，在高仰角時因片間距較大將導致副瓣抬高。相對而言，單組陣列天線組陣靈活，天線剖面低且可實現收發共用，是當前的主流形式。以色列Starling公司研制的Mi jet系列Ku波段動中通天線采用背腔饋電單元，微帶、波導混合饋電網絡，其天線直徑為960mm，高度為IgOmmc3RaySat公司研制的E7000型動中通天線均采用波導喇機饋電單元，純波導饋電網絡，天線饋電損耗較小。其天線直徑為1300mm，高300mm。上述兩種動中通天線性能良好，然而其口徑尺寸和剖面相對而言仍有進一步優化的空間。
【實用新型內容】
[0004]為降低天線的剖面和口徑尺寸，本實用新型提供一種一體化設計的低剖面平板動中通天線。
[0005]具體的技術解決方案如下:
[0006]—種低剖面平板動中通天線，包括天線陣面、正交模耦合器和饋電網絡，其中，
[0007]所述天線陣面通過角錐喇叭天線單元陣列排布得到，所述饋電網絡包括垂直極化饋電網絡和水平極化饋電網絡，所述角錐喇叭天線單元與所述正交模耦合器級聯，所述垂直極化饋電網絡與所述正交模耦合器級聯，所述水平極化饋電網絡與所述正交模耦合器級耳關。
[0008]所述角錐喇叭天線單元數量為~=沁\他，其中沁為列數，他為行數，仏彡8仏，沁、仏均為偶數。
[0009]所述天線陣面的矩形開口尺寸A = LXH,其中L為長，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，I<h，I <λ，λ為工作頻段在自由空間中的最小波長。
[0011]所述角錐喇叭天線單元上設有金屬柵格，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長度為I的正方形開口，使得天線同時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聯，所述第二連接面與所述垂直極化饋電網絡級聯，所述第三連接面與所述水平極化饋電網絡級聯，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聯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度1x^2.5λ。
[0015]所述垂直極化饋電網絡包括五級波導功分器，所述五級波導功分器由E面波導功分器和H面波導功分器混合級聯，所述水平極化饋電網絡包括四級波導功分器，所述四級波導功分器由E面波導功分器和H面波導功分器混合級聯。
[0016]所述垂直極化饋電網絡和所述水平極化饋電網絡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度為12，其中I2彡2.6λ。
[0017]本實用新型的有益技術效果體現在以下方面:
[0018]1.本實用新型提供的天線陣面、正交模耦合器和饋電網絡一體化設計，改善了加工工藝性，更方便加工;同時，減少了天線安裝工作量；
[0019]2.本實用新型提供的天線的剖面較低，剖面高度不大于5.1λ;
[0020]3.本實用新型提供的天線由多腔體構成，自身結構強度高。
【附圖說明】
[0021]圖1是本實用新型提供的低剖面平板動中通天線結構示意圖；
[0022]圖2(a)是本實用新型提供的天線陣面主視圖；
[0023]圖2(b)是本實用新型提供的天線陣面斜視圖；
[0024]圖3是本實用新型提供的垂直極化饋電網絡結構示意圖；
[0025]圖4是本實用新型提供的水平極化饋電網絡結構示意圖；
[0026]圖5(a)是本實用新型提供的饋電網絡中的E面波導功分器的主視圖；
[0027]圖5(b)是本實用新型提供的饋電網絡中的E面波導功分器的立體結構示意圖；
[0028]圖6(a)是本實用新型提供的饋電網絡中的H面波導功分器的主視圖；
[0029]圖6(b)是本實用新型提供的饋電網絡中的H面波導功分器的立體結構示意圖；
[0030]圖7是圖1實施例的仿真駐波曲線圖；
[0031]圖8是圖1實施例的仿真遠場方向圖；
[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-垂直極化饋電網絡；5-水平極化饋電網絡。
【具體實施方式】
[0033]下面結合附圖，通過具體實施例對本實用新型作進一步地描述。
[0034]本實施例是工作與Ku波段的低剖面平板動中通天線，接收的工作頻段為:10.7GHZ-12.75GHz，發射的工作頻段為:13.75GHz_14.5GHz。
[0035]參見圖1，低剖面平板動中通天線包括天線陣面、正交模耦合器3和饋電網絡，其中，所述天線陣面通過角錐喇叭天線單元I陣列排布得到，饋電網絡包括垂直極化饋電網絡4和水平極化饋電網絡5，角錐喇叭天線單元I與正交模耦合器3級聯，垂直極化饋電網絡4與水平極化饋電網絡5混合級聯，垂直極化饋電網絡4與正交模耦合器3級聯，水平極化饋電網絡5與正交模耦合器3級聯。正交模耦合器3設有第一連接面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級聯，第二連接面D2與垂直極化饋電網絡4級聯，第三連接面D3與水平極化饋電網絡5級聯，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數量為N = N1 XN2,其中沁為列數，他為行數，N08N2，N^N2均為偶數;天線陣面的矩形開口尺寸A = LXH,其中L為長，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，1<?!，1<λ，λ為工作頻段在自由空間中的最小波長。
[0037]綜合參見圖1和圖2，角錐喇叭天線單元I上設有金屬柵格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長度為I的正方形開口，使得天線同時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級聯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度1x^2.5λ。垂直極化饋電網絡4和水平極化饋電網絡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度為12，其中I2彡2.6λ。
[0038]參見圖3至圖6，垂直極化饋電網絡包括五級波導功分器，所述五級波導功分器由E面波導功分器和H面波導功分器混合級聯，所述水平極化饋電網絡包括四級波導功分器，所述四級波導功分器由E面波導功分器和H面波導功分器混合級聯。
[0039]參見圖7，其中橫坐標為頻率變量，單位為GHz;縱坐標為駐波VSWR幅度變量。本實施例接收工作頻帶為10.7GHZ-12.75GHz，發射工作頻帶為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均小于1.8。
[0040]參見圖8，其中橫坐標為角度變量，單位為deg；縱坐標為遠場方向圖增益幅度變量，單位為dB ACC為國外標準47CFR25.209中，南北瑋35°范圍內定義的旁瓣包絡曲線。從圖中可明顯看出，在工作頻率為14.088GHz時，天線的增益遠場方向圖在俯仰方向為0°、10°、20°、30°、40°范圍內均符合FCC旁瓣包絡曲線要求。
[0041]以上所述，僅為本實用新型的【具體實施方式】，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何本領域的技術人員在本實用新型揭露的技術范圍內，對本實用新型所做的變形或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。因此，本實用新型的保護范圍應以所述的權利要求的保護范圍為準。
【主權項】
1.一種低剖面平板動中通天線，其特征在于:包括天線陣面、正交模耦合器和饋電網絡，其中， 所述天線陣面通過角錐喇叭天線單元陣列排布得到，所述饋電網絡包括垂直極化饋電網絡和水平極化饋電網絡，所述角錐喇叭天線單元與所述正交模耦合器級聯，所述垂直極化饋電網絡與所述水平極化饋電網絡混合級聯，所述垂直極化饋電網絡與所述正交模耦合器級聯，所述水平極化饋電網絡與所述正交模耦合器級聯。2.根據權利要求1所述的低剖面平板動中通天線，其特征在于:所述角錐喇叭天線單元數量為N=N1 XN2,其中見為列數，N2為行數，N08HN2均為偶數。3.根據權利要求1所述的低剖面平板動中通天線，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，H為寬，L彡4H。4.根據權利要求3所述的低剖面平板動中通天線，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，I為寬，I<h，I<λ，λ為工作頻段在自由空間中的最小波長。5.根據權利要求4所述的低剖面平板動中通天線，其特征在于:所述角錐喇叭天線單元上設有金屬柵格，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長度為I的正方形開口，使得天線同時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.根據權利要求1所述的低剖面平板動中通天線，其特征在于:所述正交模耦合器設有第一連接面、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聯，所述第二連接面與所述垂直極化饋電網絡級聯，所述第三連接面與所述水平極化饋電網絡級聯，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.根據權利要求6所述的低剖面平板動中通天線，其特征在于:所述第一連接面和所述角錐喇叭天線單元級聯的矩形開口面為正方形。8.根據權利要求1所述的低剖面平板動中通天線，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度1:^2.5λ，λ為工作頻段在自由空間中的最小波長。9.根據權利要求1所述的低剖面平板動中通天線，其特征在于:所述垂直極化饋電網絡包括五級波導功分器，所述五級波導功分器由E面波導功分器和H面波導功分器混合級聯，所述水平極化饋電網絡包括四級波導功分器，所述四級波導功分器由E面波導功分器和H面波導功分器混合級聯。10.根據權利要求1所述的低剖面平板動中通天線，其特征在于:所述垂直極化饋電網絡和所述水平極化饋電網絡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。
【文檔編號】H01Q13/02GK205646177SQ201620407719
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月6日
【發明人】鄭文泉, 薛玲瓏, 胡俊毅, 孫竹, 黃理勇
【申請人】上海航天測控通信研究所, 上海航天衛星應用有限公司