一种用于卫星通信的宽带圆极化相控阵天线

技术领域

本发明涉及到天线技术领域，特别涉及一种用于卫星通信的宽带圆极化相控阵天线。

背景技术

近年来，随着无线通信系统的发展，用户数量与日俱增，频谱资源越来越紧张。圆极化天线在抗多径干扰、抑制云雨的干扰具有自身优势，并且圆极化天线可接收任意极化形式的线极化和与其一致的圆极化的来波。宽带技术具有传输速率快、发射功率低、续航能力强、穿透能力强以及多径分辨率高等优势，是宽带无线通信系统关键部件，直接影响整个宽带系统性能。因此，现代通信领域迫切需要具有稳定度高、穿透能力强、通信容量大、保密性好的宽带圆极化功能的天线。在卫星通信系统中，采用宽带圆极化天线进行信号传输，可保障通讯链路的正常运行。

在星载、舰载、机载或车载平台应用中，对相控阵天线空间体积及重量等物理特性及其环境适应性要求严格。现代通信系统常采用小型化宽带圆极化天线作为通信系统的发射器和接收器，且要求天线既要满足圆极化性能，同时要达到尺寸小、质量轻、频带宽的目的，对圆极化天线的设计提出了越来越高的要求，如工作带宽、轴比带宽、高增益等，为了满足市场竞争需求，还要求天线结构简单、成本低、可批量生产等。

小型化宽带圆极化相控阵天线的性能主要取决于天线阵列中天线单元的性能，如工作带宽、波束宽度及增益等，但其还有以下缺点：

1.工作带宽：要求圆极化天线具备宽工作频带、宽波束宽角扫描等特性。常见的圆极化天线阻抗带宽较窄，通常在10％左右，圆极化轴比带宽受限，达不到设备要求，限制了其在卫星通信、车载和机载通信等领域的应用潜力。

2.高增益：采用具有高增益的通信天线单元不仅能够提高通信质量，还可降低天线阵面规模，实现低成本、小型化，可解决星载、机载、车载等平台有限空间中卫星通信能力受限的问题。

3.结构方面：用于卫星平台时，空间有限，卫星环境恶略，需采用耐星载环境的小型化天线，同时需采取有效的互耦抑制方法，提高天线间的隔离度。

发明内容

有鉴于此，本发明为提供了一种用于卫星通信的宽带圆极化相控阵天线。该天线具有高增益、高隔离度、环境适应性好，耐星载环境的特点，并且具有结构简单、易于加工、安装方便、稳定性好、成本低廉和适于批量生产的优点。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种用于卫星通信的小型化宽带圆极化相控阵天线，包括振子辐射单元和安装基板；所述安装基板上设有用于安装振子辐射单元的安置孔；安置孔在安装基板上均匀排布；

所述振子辐射单元包括馈电巴伦；所述馈电巴伦包括一圆筒状结构，圆筒状结构内设有填充介质，且其顶部边缘设有向外延伸的两对金属臂，圆筒状结构上还设有两个延伸至顶部的条形槽；每对金属臂和条形槽均关于圆筒状结构的圆心中心对称；

振子辐射单元的底部连接有馈电接头，馈电接头的外导体与安装基板固定连接，其内导体向上延伸并通过金属枝节和其中一金属臂连接。

进一步的，所述振子辐射单元和馈电接头的连接位置处设有用于固定的四方法兰，所述安置孔为方形结构，安置孔的内壁设有与四方法兰对应的环形凸起。

进一步的，在安装基板上的安置孔为三角形排布或矩形排布。

本发明采取上述技术方案所产生的有益效果在于：

1.工作频带宽。本发明的工作带宽，其百分比带宽为46.5％。可解决相控阵天线空间体积及重量受限的难题。

2.宽角轴比。本发明采用顺序旋转馈电技术，在±60°范围内，轴比小于2.5dB。本发明的宽带圆极化相控阵天线利用隔离结构将振子单元隔离，具有较高的端口隔离度，提高了隔离性能。

3.小型化。本发明的振子辐射单元尺寸为0.47倍波长，具有小型化的特点，可用于星载、船载、机载及车载等通信平台。

4.可实现工程批量生产。本发明具有结构简单可靠性高、易于加工的特点，便于实现工程上批量生产。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图。

图2是图1的子阵结构示意图。

图3是图1的振子辐射单元结构示意图。

图4是图3的剖面图。

图中：1、金属臂，2、金属枝节，3、圆筒状结构，4、馈电接头外导体，5、填充介质，6、内导体，7、四方法兰。

具体实施方式

下面，结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。

一种用于卫星通信的小型化宽带圆极化相控阵天线，包括振子辐射单元和安装基板；所述安装基板上设有用于安装振子辐射单元的安置孔；安置孔在安装基板上均匀排布；

所述振子辐射单元包括馈电巴伦；所述馈电巴伦包括一圆筒状结构3，圆筒状结构内设有填充介质5，且其顶部边缘设有向外延伸的两对金属臂1，圆筒状结构上还设有两个延伸至顶部的条形槽；每对金属臂和条形槽均关于圆筒状结构的圆心中心对称；

振子辐射单元的底部连接有馈电接头，馈电接头的外导体4与安装基板固定连接，其内导体6向上延伸并通过金属枝节2和其中一金属臂连接。

进一步的，所述振子辐射单元和馈电接头的连接位置处设有用于固定的四方法兰7，所述安置孔为方形结构，安置孔的内壁设有与四方法兰对应的环形凸起。

进一步的，在安装基板上的安置孔为三角形排布或矩形排布。

下面为一个更具体的实施例：

如图1～4所示，本实施例包括至少一个宽带圆极化天线子阵，宽带圆极化相控阵天线子阵包括振子辐射单元、馈电接头和安装基板。

振子辐射单元由金属外壳与内部填充介质构成，金属外壳由两对金属臂与馈电巴伦构成，馈电巴伦上设有两个条形槽，两个条形槽关于圆筒状结构的圆心中心对称。

金属外壳尺寸可调，金属臂与馈电巴伦一体加工而成。

馈电接头外导体与安装基板一体加工而成。

内导体穿过振子辐射单元和馈电接头的外壳体，振子辐射单元可通过调节两对金属臂改变圆极化旋向，实现左旋圆极化或右旋圆极化。

振子辐射单元的排布方式可为矩形或三角形。本实施例中采用三角形的排布方式。

天线子阵可以拼接为不同规模的宽带圆极化相控阵天线。

本实施例中，天线可由M个宽带圆极化天线子阵组成，M为自然数，M为6。

本实施例中，振子辐射单元的振子臂长度为0.4倍波长；馈电巴伦的条形槽宽为0.03倍波长；馈电巴伦的条形槽深为0.16倍波长。

所述与圆筒状结构连接的金属臂使用了非对称振子结构，可用于实现圆极化的辐射特性。

所述馈电巴伦使用了开槽同轴线巴伦，馈电巴伦上的两个条形槽关于圆筒状结构的圆心中心对称。

所述的非对称振子辐射单元穿过安装基板与底部馈电接头之间连接，并采用螺纹和胶粘方式固定。

作为一种优选方案，所述宽带圆极化相控阵天线子阵中的振子辐射单元排布时采用三角形布阵方式。

本发明可用于阵列天线、一维相控阵天线以及二维相控阵天线；可用于星载、机载、船载及车载等平台。