[發明專利]帶有頻選結構的頻段共享口徑的四頻高增益天線

在審

• 申請號: 201710053658.2
• 申請日: 2017-01-24
• 公開（公告）號: CN106848590A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 楊帆;鄧如淵;許慎恒;李懋坤
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01Q5/10
• 分類號: H01Q5/10;H01Q5/28;H01Q3/30
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙)11201
• 代理人: 張潤

技術領域

本發明涉及衛星通信天線技術領域，特別涉及一種帶有頻選結構的頻段共享口徑的四頻高增益天線。

背景技術

伴隨著Ka頻段同步衛星的發射，衛星地面移動通信業務將逐步向Ka頻段(Tx:29.4～31.0GHz；Rx:19.6～21.2GHz)逐步推進。由于Ka頻段與目前普遍使用的動中通頻率相比高出了許多，大量的現有成熟技術無法直接應用到Ka頻段的天線上，因此需要進行大量的研究工作，主要集中在天線形式和微波網絡器件的研究。鑒于現有主要通信還集中在Ku頻段(Tx:14.0～14.5GHz；Rx:12.25～12.75GHz)，為了實現平穩過渡，Ku/Ka四頻雙極化動中通天線將會成為下階段動中通天線的主要形式之一。

其中，對于Ku/Ka四頻雙極化動中通天線現有的解決方案是使用Ku/Ka四頻反射面天線或者Ku/Ka四頻平板陣列天線。然而，反射面天線體積大、質量重，反射表面為曲面結構，在加工制作時需要保持極好的表面光滑度，導致加工要求高，制作困難。尤其在Ka高頻段，更是對加工精度提出了巨大的挑戰。而對于Ku/Ka四頻平板陣列天線，其解決方案一般為使用多塊天線面板拼裝而成，每一個特定面板實現特定頻段的覆蓋。然而，這種方案必將會造成天線制造成本以及天線占用面積的上升，不符合天線低成本和小型化的發展趨勢。

為了彌補反射面天線以及平板相控陣各自不足之處，相關技術中提出了微帶平面反射陣的概念。但是由于微帶陣列固有的特點，其增益帶寬一般較窄。傳統的微帶反射陣設計將不能有效的同時覆蓋Ku/Ka四個所需頻段。也就是說直接設計一款超寬帶反射陣同時覆蓋Ku/Ka頻段是不太現實的。一個可行的方法是設計一款多頻反射陣以實現Ku/Ka頻段的覆蓋。然而比較遺憾的是，現有的多頻反射陣設計報道較少。迄今為止，高于三個頻段的反射陣鮮有報道。原因之一在于研究人員不能找到性能優越的單元結構以實現Ku/Ka頻段的相位補償。因此，如何實現使用微帶平面反射陣同時覆蓋Ku/Ka頻段成了工業界和學術界的重難點。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。

為此，本發明的目的在于提出一種帶有頻選結構的頻段共享口徑的四頻高增益天線，該天線可以實現Ku頻段與Ka頻段共享口徑，節約天線占用面積，增加了天線利用率，降低天線重量和制造成本。

為達到上述目的，本發明實施例提出了一種帶有頻選結構的頻段共享口徑的四頻高增益天線，包括：至少一個初級饋源，用于發射和接收電磁波；調相陣面，用于將所述至少一個初級饋源發射的球面波轉換為第一平面波，或者接收第二平面波并匯聚到所述至少一個初級饋源內；天線支撐結構，所述天線支撐結構分別與所述至少一個初級饋源和所述調相陣面相連，用于固定所述至少一個初級饋源與所述調相陣面的相對位置。

本發明實施例的帶有頻選結構的頻段共享口徑的四頻高增益天線，具有重量輕、剖面低、成本低的優點，實現了Ku頻段與Ka頻段共享口徑，節約天線占用面積，增加了天線利用率，降低天線重量，并且可以應用于衛星通信場景，包括移動式場景，以及也可以應用于其他通信、雷達等場景。

另外，根據本發明上述實施例的帶有頻選結構的頻段共享口徑的四頻高增益天線還可以具有以下附加的技術特征：

進一步地，在本發明的一個實施例中，所述調相陣面包括：第一介質板，所述第一介質板的上表面和下表面分別設置有第一金屬電路圖案和第二金屬電路圖案，且所述第一金屬電路圖案包括第一類調相單元和第二類調相單元，其中，所述第一類調相單元通過旋轉單元角度補償第一頻段相位，所述第二類調相單元通過變化單元尺寸補償第二頻段相位；第一泡沫層；第二介質板，所述第二介質板的上表面設置有第三金屬電路圖案，以通過所述第三金屬電路圖案和所述第二金屬電路圖案對電磁波頻率進行空間選擇；第二泡沫層；第三介質板，所述第三介質板的上表面設置有第四金屬電路圖案，以通過對所述第四金屬圖案的大小進行調整，進而獲取第三頻段相位和第四頻段相位；第三泡沫層和金屬地板。

可選地，在本發明的一個實施例中，初級饋源為拋物面天線的饋源天線。

進一步地，在本發明的一個實施例中，所述初級饋源在Ka頻段為雙圓極化形式，且在Ku頻段為雙線極化形式。

進一步地，在本發明的一個實施例中，所述第一金屬電路圖案為邊角帶有切口的方形貼片與切口圓環組合得到，其中，邊角帶有切口的方形貼片為所述第一類調相單元，且切口圓環為所述第二類調相單元。