[發(fā)明專利]一種地球匹配波束演化天線

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110182653.2
• 申請(qǐng)日: 2011-06-29
• 公開（公告）號(hào): CN102394346A
• 公開（公告）日: 2012-03-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 敬紅勇;柏宏武;薛兆璇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安空間無線電技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): H01Q1/36
• 分類號(hào): H01Q1/36;H01Q19/10
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 安麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種地球匹配波束演化天線，屬于星載天線領(lǐng)域。

背景技術(shù)

對(duì)于中低軌道航天飛行器，由于受地球曲率的顯著影響，飛行器對(duì)地面不同角度地面站的傳輸路徑不同，角度越大傳輸路徑越長(zhǎng)，路徑損耗越大；為了彌補(bǔ)這種損耗，一般采用星上賦形波束設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出滿足地球匹配波束的天線，利用波束形狀補(bǔ)償覆蓋波束范圍內(nèi)衛(wèi)星與地面鏈路路徑長(zhǎng)度在波束中心與邊緣不同而產(chǎn)生的信號(hào)強(qiáng)度差異，使斜距路徑損耗對(duì)鏈路產(chǎn)生的影響最小。

目前常用的地球匹配波束天線有：平面相控陣天線、背射雙線螺旋天線、波導(dǎo)十字槽陣天線及賦形反射面天線。

平面相控陣天線通過優(yōu)化陣列各單元的激勵(lì)幅度和相位，通過饋電網(wǎng)絡(luò)將若干點(diǎn)波束合成為地球匹配賦形波束，但存在的不足是：結(jié)構(gòu)龐大、笨重，饋電網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，損耗大。

波導(dǎo)十字槽陣天線是在矩形波導(dǎo)寬邊開一系列十字縫隙，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)波導(dǎo)寬邊尺寸和開槽的位置，實(shí)現(xiàn)最大指向?yàn)轭A(yù)定方向的圓極化波束，然后利用波導(dǎo)終端的開口輻射形成所要求的地球匹配賦形波束，但該類天線的帶寬窄，為了滿足數(shù)傳分系統(tǒng)的要求，需要4付天線(包括1付信標(biāo)天線)。這樣就造成天線之間存在較大的干涉，導(dǎo)致功率方向圖出現(xiàn)變形，增加了最大增益的全向波動(dòng)范圍，同時(shí)不便于與數(shù)傳發(fā)射機(jī)單口輸出端相連接。

背射雙線螺旋天線的覆球賦形波束的最大指向?qū)ぷ黝l率較為敏感，最大增益低，難于實(shí)現(xiàn)寬帶要求。

賦形反射面天線是通過單饋源賦形反射面來實(shí)現(xiàn)地球匹配賦形波束，其缺點(diǎn)是波束范圍內(nèi)增益起伏大(最大達(dá)到7～8dB)，并且體積大，質(zhì)量重。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有地球匹配波束天線的不足，提出了一種地球匹配波束天線，實(shí)現(xiàn)波束的賦形，滿足地球匹配波束的要求。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

一種地球匹配波束演化天線，包括第一輻射臂、第二輻射臂、第三輻射臂、第四輻射臂、金屬反射地板、匹配枝節(jié)和饋電接頭；

金屬反射地板為圓形，中心處有通孔，金屬反射地板的直徑小于所述地球匹配波束演化天線工作波長(zhǎng)的兩倍，用于反射電磁波從而減小所述地球匹配波束演化天線的電磁場(chǎng)的后向輻射；

第一輻射臂、第二輻射臂、第三輻射臂和第四輻射臂結(jié)構(gòu)相同，對(duì)稱分布于四個(gè)象限，位于金屬反射地板之上，每個(gè)輻射臂均由四段折線段構(gòu)成，橫截面為圓形，每個(gè)折線段的長(zhǎng)度為所述地球匹配波束演化天線工作波長(zhǎng)的十分之一到二分之一之間，每個(gè)輻射臂上相鄰的折線段之間夾角不小于20度；

匹配枝節(jié)的一端與金屬反射地板連接，另一端與饋電接頭連接；所述匹配枝節(jié)包括外導(dǎo)體和內(nèi)導(dǎo)體，匹配枝節(jié)的內(nèi)導(dǎo)體伸入金屬反射地板的通孔內(nèi)，匹配枝節(jié)的外導(dǎo)體與金屬反射地板的下表面固連，所述地球匹配波束演化天線的四個(gè)輻射臂的下端均在金屬反射地板的中心通孔處與匹配枝節(jié)的內(nèi)導(dǎo)體固連。所述匹配枝節(jié)采用同軸并聯(lián)單枝節(jié)。所述饋電接頭為SMA同軸接頭，阻抗為50Ω或者75Ω。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：

本發(fā)明的地球匹配波束天線采用特殊的四臂輻射結(jié)構(gòu)，使得輻射臂上的電流分布與螺旋天線相似：接近輸入端的電流呈指數(shù)律衰減；接近開路端的短距離內(nèi)電流呈駐波；在這兩端區(qū)之間的電流幅度顯示出相對(duì)均勻的分布。輸入端區(qū)域的衰減表明，由流出波經(jīng)開路端反射而返回的波已被指數(shù)律衰減得很小了，所以該天線相對(duì)其它地球匹配波束天線具有很寬的阻抗帶寬。同時(shí)，該天線只需要一副天線即可實(shí)現(xiàn)地球匹配波束，相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)來說，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，不需要復(fù)雜的饋電網(wǎng)絡(luò)，且具有體積小、質(zhì)量輕的特點(diǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明地球匹配波束演化天線的前視圖；

圖2為本發(fā)明演化天線饋電部分的剖面圖；

圖3為本發(fā)明地球匹配波束演化天線的俯視圖；

圖4為本發(fā)明地球匹配波束演化天線的結(jié)構(gòu)圖；

圖5為本發(fā)明地球匹配波束演化天線輻射臂的結(jié)構(gòu)圖；

圖6為本發(fā)明地球匹配波束演化天線X頻段0度面的主極化方向圖；

圖7為本發(fā)明地球匹配波束演化天線X頻段90度面的主極化方向圖。

具體實(shí)施方式