一种星载圆极化天线

技术领域

本发明涉及天线技术领域，特别是一种星载圆极化宽带天线。

背景技术

在现代射频系统中，宽频带天线能够满足多种射频电子系统通过同一天线口面收发电磁波的需求，能减少天线数量，从而大大降低系统的复杂度，实现设备的小型化。

再次，由于任意线极化来波都可以由圆极化天线接收，或者圆极化天线辐射的圆极化波也可以由任意线极化天线接收。因此，圆极化天线接收到的信号强度不受发射天线与接收天线相对取向影响。除此以外，圆极化能有效抑制雨雾干扰以及多径效应，在卫星通信、雷达等系统中被广泛采用。

小型卫星，由于其开发周期快、成本低，在通信、雷达、导航中有很高的应用价值。同时，小型卫星要求其搭载设备的体积小、重量轻。

锥螺旋天线带宽宽、能进行圆极化波的接收和发射，但其高度高，不能直接适用于小型卫星。

目前报道的可展开的圆极化螺旋天线包括：

a.单臂柱螺旋天线(见文献：J.Costantine,Y.Tawk,S.Moth,C.G.Christodoulou,S.E.Barbin.A modified helical shaped deployable antenna forcubesats,2012IEEE-APS Topical Conference on Antennas and Propagation inWireless Communications和J.Costantine,K.Y.Kabalan, A.El Hajj,Y.Tawk,C.G.Christodoulou.A reconfigurable/deployable helical antenna for smallsatellites，2013IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium)可实现收折与展开，但其采用单馈点，带宽较窄。

b.四臂螺旋天线(见文献：S.Gao,K.Clark,M.Unwin,J.Zackrisson, W.A.Shiromaet al.Antennas for modern small satellites,IEEE Antennas and PropagationMagazine,51(4),pp.40–56,2009和J.Costantine,Y. Tawk,C.G.Christodoulou,etal.UHF deployable helical antennas for CubeSat,IEEE Transactions on Antennasand Propagation,64(9),pp.3752 –3759,2016)，其螺旋线直径不变，展开机构复杂。

c.锥螺旋天线(见文献：S.Gao,K.Clark,M.Unwin,J.Zackrisson,W. A.Shiromaet al.Antennas for modern small satellites,IEEE Antennas and PropagationMagazine,51(4),pp.40–56,2009)，其需要天线罩，故不易收折。

d.锥螺旋天线(见文献：A.J.Ernest,Y.Tawk,J.Costantine,C.G.Christodoulou.A bottom fed deployable conical log spiral antenna design forCubeSat,IEEE Transactions on Antennas and Propagation,63(1),pp.41 –47,2015)，采用对数锥螺旋电路，需要泡沫作为支撑，不易收折，或者采用软基材印制(见文献：J.Costantine,Y.Tawk,C.G.Christodoulou,et al.UHF deployable helical antennasfor CubeSat,IEEE Transactions on Antennas and Propagation,64(9),pp.3752–3759,2016)，不易展开。

综上所述，现有可展的星载圆极化宽带天线存在带宽窄、展开机构复杂、不易收折或展开等技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供了一种星载圆极化宽带天线，采用锥螺旋天线，提高天线的工作带宽；其结构简单、可靠性高、可实现收折与展开；在发射阶段收折，以降低高度，便于装入小型卫星，卫星入轨后进行展开并工作。

本发明采用的技术方案如下：一种星载圆极化天线，包括第一螺旋线、第二螺旋线、馈电网络、射频接口和拉紧机构；所述射频接口安装在所述馈电网络上，所述第一螺旋线和第二螺旋线的末端分别连接在所述馈电网络上，所述第一螺旋线和第二螺旋线的顶端分别与所述拉紧机构相连，所述第一螺旋线和所述第二螺旋线互相交叉盘旋，所述第一螺旋线和所述第二螺旋线采用具有弹性的导电材料制成，当天线需要工作时，释放拉紧机构，通过第一螺旋线和第二螺旋线自身的弹性，实现天线的展开，当工作完成后，需要收折时，通过将拉紧机构固定在馈电网络上，将第一螺旋线和第二螺旋线收拢折叠。

进一步的，所述第一螺旋线和所述第二螺旋线选用截面为圆形的诸如有弹性的铍青铜线。

进一步的，所述第一螺旋线的方程为：

其中，参照图3，ρ为极坐标半径，即点在xoy面上投影距离坐标原点O 的距离，

进一步的，所述馈电网络上设置有第一馈电点和第二馈电点，所述第一螺旋线的末端连接在所述第一馈电点上，所述第二螺旋线的末端连接在所述第二馈电点上。

进一步的，所述拉紧机构具有电阻值，所述电阻值的范围为0～200欧姆。

与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：

a.采用具备弹性的导电金属材料，一方面作为天线的辐射体，另一方面因其具备弹性，可实现自我展开，无需额外的展开或支撑机构，结构简单。

b.采用双臂锥螺旋线，圆极化带宽宽。

c.螺旋线在底部馈电，并与馈电网络硬连接，可靠性高。

附图说明

图1是本发明星载圆极化宽带天线展开状态示意图。

图2是本发明星载圆极化宽带天线收折状态示意图。

图3是螺旋线A示意图。

图4是圆极化轴比结果图。

图5是增益结果图。

图6是展开状态下的星载圆极化天线的5GHz方向示意图。

附图标记：1-拉紧机构，2-射频接口，3-馈电网络，4-螺旋线A，5-螺旋线B，6-馈电点A，7-馈电点B。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

如图1、图2所示，本发明实施例提供一种星载圆极化天线，包括：螺旋线A、螺旋线B、射频接口、馈电网络以及拉紧机构。

具体的，在本实施例中，螺旋线A和螺旋线B在螺旋线顶端与耐辐照的拉紧机构相连接，螺旋线A和螺旋线B的末端安装在馈电网络上，螺旋线A和螺旋线B皆采用具有弹性的金属材料制备而成。星载圆极化天线在制备时为其展开状态，在卫星发射前通过将拉紧机构固定于馈电网络上，如图2所示。

当星载圆极化天线需要工作时，释放拉紧机构，通过螺旋线A和螺旋线B 自身的弹性，实现天线的展开，当工作完成后，需要收折时，通过将拉紧机构固定在馈电网络上，将螺旋线A和螺旋线B收拢折叠。

在本实施例中，螺旋线A的方程为

其中，参照图3，ρ为极坐标半径，即点在xoy面上投影距离坐标原点O 的距离，

螺旋线A和螺旋线B呈中心对称排布，即螺旋线B为螺旋线A绕z轴旋转180°后得到。

优选地，馈电网络上还设置有馈电点A和馈电点B，螺旋线A和螺旋线B 在螺旋线末端通过硬连接的方式在馈电点A和馈电点B处固定于馈电网络。

优选地，螺旋线A和螺旋线B采用圆形的铍青铜线。

优选地，拉紧机构具有电阻值，电阻值范围为0～200欧姆。

下面，给出一个具体的实施实例。

采用本发明方法设计一种星载圆极化天线，工作频率(Freq)从2.5GHz至 7GHz。螺旋线A和螺旋线B材料为铍青铜，直径1mm，初始半径ρ

展开状态星载圆极化天线的圆极化轴比(AR)结果如图4所示，在工作频段内实现了圆极化。

展开状态星载圆极化天线的增益(Gain)结果如图5所示，在工作频段内实现了7dB以上的增益。

展开状态星载圆极化天线的5GHz方向图如图6所示，图中虚线为xoy面圆极化增益方向图，实线为yoz面圆极化增益方向图。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。如果本领域技术人员，在不脱离本发明的精神所做的非实质性改变或改进，都应该属于本发明权利要求保护的范围。