【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及無線通信，更具體地說，它涉及一種低軌衛(wèi)星通信k/ka頻段寬帶雙圓極化天線。
技術(shù)介紹
1、現(xiàn)有技術(shù)中采用圓極化和共口徑設計通常會使天線系統(tǒng)的復雜度增加，對于天線陣來說，提高天線整體增益，就需要增加共口徑單元的口徑或者數(shù)量，因微帶天線自身具有低剖面的特性，一般選擇該形式天線進行設計。
2、但是微帶天線進行組陣時存在天線帶寬窄、工作效率低、結(jié)構(gòu)復雜等問題；特別是針對寬帶雙圓極化的需求下，饋電網(wǎng)絡設計復雜，不利于整體天線的設計、加工與調(diào)測。
3、由此，本專利技術(shù)提供了一種低軌衛(wèi)星通信k/ka頻段寬帶雙圓極化天線，改善了上述技術(shù)問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本公開實施例旨在針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種低軌衛(wèi)星通信k/ka頻段寬帶雙圓極化天線，本專利技術(shù)結(jié)構(gòu)簡單、且具有自封裝特性，電磁兼容性能好，可實現(xiàn)天線高增益、寬帶寬、高圓極化純度。利用結(jié)構(gòu)堆疊與金屬化通孔形成屏蔽空氣腔，多個電路集成在一起時，相互干擾較小，結(jié)構(gòu)緊湊，裝配方便、電性能優(yōu)異。
2、本專利技術(shù)的上述技術(shù)目的是通過以下技術(shù)方案得以實現(xiàn)的：一種低軌衛(wèi)星通信k/ka頻段寬帶雙圓極化天線單元，包括：輻射口面、諧振腔、雙圓極化器、準tem傳輸空氣腔層、左極化寬帶饋電網(wǎng)絡層、右極化寬帶饋電網(wǎng)絡層、tem模轉(zhuǎn)換端子、極化切換、收發(fā)雙工器、第一標準波導口層、第二標準波導口層；
3、所述輻射口面由8×8個單元組構(gòu)成陣列，每個單元組的輻射口面內(nèi)均設有隔離金屬網(wǎng)格，所述隔離金屬網(wǎng)格將輻射口面
4、所述輻射口面位于諧振腔內(nèi)，所述諧振腔用于提高阻抗匹配；
5、所述諧振腔下方設有雙圓極化器，所述雙圓極化器由8×8個單元組構(gòu)成陣列，每個雙圓極化器均由兩個輸入端口和一個輸出端口組成，所述輸入端由兩個相同的矩形波導端口組成，所述輸出端為方形波導；
6、所述雙圓極化器下方設有準tem傳輸空氣腔層，所述準tem傳輸空氣腔層下方設有左極化寬帶饋電網(wǎng)絡層；所述準tem傳輸空氣腔層和左極化寬帶饋電網(wǎng)絡層之間通過多個tem模轉(zhuǎn)換端子連接；所述左極化寬帶饋電網(wǎng)絡層下方安裝有第一標準波導口層；所述第一標準波導口層下方設有右極化寬帶饋電網(wǎng)絡層；所述第一標準波導口層和右極化寬帶饋電網(wǎng)絡層之間通過多個tem模轉(zhuǎn)換端子連接；所述右極化寬帶饋電網(wǎng)絡層下方安裝有第二標準波導口層；
7、所述左極化寬帶饋電網(wǎng)絡層和右極化寬帶饋電網(wǎng)絡層上表面均設有極化切換；
8、所述第一標準波導口層和第二標準波導口層上表面均設有收發(fā)雙工器。
9、作為本專利技術(shù)的一種優(yōu)選技術(shù)方案，每個雙圓極化器內(nèi)表面安裝有金屬隔直板；所述雙圓極化器通過金屬隔直板并同時以適當?shù)南辔魂P(guān)系激勵兩個輸入端口，可產(chǎn)生傾斜角度為任意角度的線性極化或圓極化。
10、作為本專利技術(shù)的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述tem模轉(zhuǎn)換端子用于完成模式的轉(zhuǎn)換；在tem模轉(zhuǎn)換端子為準同軸結(jié)構(gòu)時，通過tem模轉(zhuǎn)換端子兩端采用不同內(nèi)徑，同時配合準tem傳輸空氣腔，用以滿足在模式轉(zhuǎn)換過程中因阻抗變化造成天線駐波變化，引入額外的傳輸損耗，保證電磁波在腔體內(nèi)部傳輸?shù)募兌取?/p>
11、作為本專利技術(shù)的一種優(yōu)選技術(shù)方案，隔離金屬網(wǎng)格將輻射口面內(nèi)分割為4個喇叭口，所述喇叭口采用階梯漸變喇叭加十字柵格結(jié)構(gòu)，通過調(diào)節(jié)階梯喇叭每個階梯的口面大小和高度，可以實現(xiàn)喇叭天線的阻抗匹配；其中，波導大小、長度對應導模的波阻；計算公式如下：
12、
13、
14、其中，eu、ev橫向電場；hu、hv橫向磁場；ε和μ分別為介質(zhì)的介電常數(shù)與磁導率；ω為角頻率；β、κ變量常數(shù)；λ、λc分別為工作波長與截止波長；為媒體的固有阻抗，對于空氣阻抗
15、作為本專利技術(shù)的一種優(yōu)選技術(shù)方案，輻射口面由8×8個單元組構(gòu)成陣列，所述陣列不出現(xiàn)柵瓣的條件為：
16、
17、式中，d為單元天線的間距，λ為天線工作頻率對應的自由空間中波長，θ為天線的掃描角；
18、當天線不掃描時，θ＝0，不出現(xiàn)柵瓣的條件為：
19、d＜λ
20、所述方形天線的輻射口面，滿足波傳輸?shù)臈l件為：
21、λ＜2l
22、其中l(wèi)為輻射口面的長。
23、作為本專利技術(shù)的一種優(yōu)選技術(shù)方案，雙圓極化器的反射回輸入端口的功率和功率耦合到非激勵輸入口的計算公式為：
24、
25、相對振幅和相位決定軸向比和橢圓偏振波的主軸傾角的計算公式為：
26、
27、
28、式中γ為奇模激發(fā)的反射系數(shù)，bi(i＝1)表示反射回輸入端口的功率，bi(i＝2)表示功率耦合到非激勵輸入；bi(i＝3)和bi(i＝4)的相對振幅和相位決定軸向比和橢圓偏振波的主軸傾角。
29、綜上所述，本專利技術(shù)具有以下有益效果：
30、其一，帶寬寬。采用基于sisl饋電網(wǎng)絡與金屬腔體結(jié)合的新形式，保證了該型天線可以在k/ka頻段范圍內(nèi)正常工作，在k/ka頻段范圍內(nèi)阻抗匹配良好，保證模式純度，進一步降低以阻抗失配所造成的天線效率下降，增益降低。
31、其二，集成度高。因采用先進的饋電網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，使得輸入輸出接口多樣靈活，可以是標準波導口、同軸或者與tr組件進行直接連接，適配性強，可將無源電路與有源電路同時設計在該結(jié)構(gòu)上，實現(xiàn)系統(tǒng)集成，具有很高的集成度。
32、其三，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊。通過加載、層疊等措施，解決小型化問題；與其他電路系統(tǒng)連接集成時，可將部分電路放置于多層基板的底部或頂部，使得整體結(jié)構(gòu)更加緊湊。
33、其四，裝配方便。天線陣列主體結(jié)構(gòu)均為輕質(zhì)的合金結(jié)構(gòu)，通過堆疊、加載的方式進行組合安裝，無需焊接，調(diào)試等，裝配簡單易行。
34、其五，電性能優(yōu)異。本專利技術(shù)的新型天線結(jié)構(gòu)，可以使得該型天線可以在k/ka頻段范圍內(nèi)正常工作，天線單元及其陣列具備較低的軸比、副瓣、交叉極化，同時在全頻段范圍內(nèi)具備較高的口徑效率。
35、其六，承受功率容量大。因采用的sisl饋電網(wǎng)絡與金屬腔體結(jié)合的新形式，使得天線電磁波在腔體內(nèi)部傳輸為準tem模，能量均被束縛在腔體內(nèi)部以準tem模的形式沿著金屬微帶線與腔體內(nèi)部進行傳輸，承受功率與常規(guī)矩形波導相當。
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1.一種低軌衛(wèi)星通信K/Ka頻段寬帶雙圓極化天線，其特征在于，包括：輻射口面(1)、諧振腔(2)、雙圓極化器(3)、準TEM傳輸空氣腔層(4)、左極化寬帶饋電網(wǎng)絡層(5)、右極化寬帶饋電網(wǎng)絡層(6)、TEM模轉(zhuǎn)換端子(7)、極化切換(8)、收發(fā)雙工器(9)、第一標準波導口層(10)、第二標準波導口層(11)；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低軌衛(wèi)星通信K/Ka頻段寬帶雙圓極化天線，其特征在于，每個雙圓極化器(3)內(nèi)表面安裝有金屬隔直板；所述雙圓極化器(3)通過金屬隔直板并同時以適當?shù)南辔魂P(guān)系激勵兩個輸入端口，可產(chǎn)生傾斜角度為任意角度的線性極化或圓極化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低軌衛(wèi)星通信K/Ka頻段寬帶雙圓極化天線，其特征在于，所述TEM模轉(zhuǎn)換端子(7)用于完成模式的轉(zhuǎn)換；在TEM模轉(zhuǎn)換端子(7)為準同軸結(jié)構(gòu)時，通過TEM模轉(zhuǎn)換端子(7)兩端采用不同內(nèi)徑，同時配合準TEM傳輸空氣腔，用以滿足在模式轉(zhuǎn)換過程中因阻抗變化造成天線駐波變化，引入額外的傳輸損耗，保證電磁波在腔體內(nèi)部傳輸?shù)募兌取?/p>
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低軌衛(wèi)星通信K/Ka頻段寬
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低軌衛(wèi)星通信K/Ka頻段寬帶雙圓極化天線，其特征在于，輻射口面(1)由8×8個單元組構(gòu)成陣列，所述陣列不出現(xiàn)柵瓣的條件為：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低軌衛(wèi)星通信K/Ka頻段寬帶雙圓極化天線，其特征在于，雙圓極化器(3)的反射回輸入端口的功率和功率耦合到非激勵輸入口的計算公式為：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種低軌衛(wèi)星通信k/ka頻段寬帶雙圓極化天線，其特征在于，包括：輻射口面(1)、諧振腔(2)、雙圓極化器(3)、準tem傳輸空氣腔層(4)、左極化寬帶饋電網(wǎng)絡層(5)、右極化寬帶饋電網(wǎng)絡層(6)、tem模轉(zhuǎn)換端子(7)、極化切換(8)、收發(fā)雙工器(9)、第一標準波導口層(10)、第二標準波導口層(11)；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低軌衛(wèi)星通信k/ka頻段寬帶雙圓極化天線，其特征在于，每個雙圓極化器(3)內(nèi)表面安裝有金屬隔直板；所述雙圓極化器(3)通過金屬隔直板并同時以適當?shù)南辔魂P(guān)系激勵兩個輸入端口，可產(chǎn)生傾斜角度為任意角度的線性極化或圓極化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低軌衛(wèi)星通信k/ka頻段寬帶雙圓極化天線，其特征在于，所述tem模轉(zhuǎn)換端子(7)用于完成模式的轉(zhuǎn)換；在tem模轉(zhuǎn)換端子(7)為準同軸結(jié)構(gòu)時，通過tem模轉(zhuǎn)換端子(7)兩端采用...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：楊星，任傳俊，顏成寶，胡方旭，夏武平，齊東元，
申請(專利權(quán))人：凱睿星通信息科技南京股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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