L波段收发共用星载天线.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011203314.3 (22)申请日 2020.11.02 (71)申请人 重庆两江卫星移动通信有限公司 地址 401120 重庆市渝北区龙兴镇两江大 道618号 (72)发明人 谭秋意刘又嘉黄海燕 (74)专利代理机构 成都行之专利代理事务所 (普通合伙) 51220 代理人 张严芳 (51)Int.Cl. H01Q 1/36(2006.01) H01Q 1/38(2006.01) H01Q 1/48(2006.01) H01Q 15/16(2006.01) (54)发。

2、明名称 L波段收发共用星载天线 (57)摘要 本发明公开了L波段收发共用星载天线， 解 决了现有的天线在宽带、 轴比和低剖面上难以同 时满足的问题。 本发明包括辐射体、 介质板和地 板， 所述介质板和所述地板通过支撑柱连接， 所 述辐射体和地板之间通过同轴馈线连接， 所述辐 射体包括上层振子贴片和下层振子贴片， 所述上 层振子贴片设置在所述介质板的上表面， 所述下 层振子贴片设置在所述介质板的下表面， 所述上 层振子贴片的两个振子臂通过第一相位延迟曲 线连接， 所述下层振子贴片的振子臂通过第二相 位延迟曲线连接， 所述地板上设置有反射腔， 所 述反射腔位于所述介质板的下方。 本发明具有宽 频带。

3、、 宽波束、 宽轴比和低剖面等优点。 权利要求书1页 说明书5页 附图5页 CN 112271442 A 2021.01.26 CN 112271442 A 1.L波段收发共用星载天线， 其特征在于， 包括辐射体(1)、 介质板(2)和地板， 所述介质 板(2)和所述地板通过支撑柱(3)连接， 所述辐射体(1)和地板之间通过同轴馈线(5)连接， 所述辐射体(1)包括上层振子贴片和下层振子贴片， 所述上层振子贴片设置在所述介 质板(2)的上表面， 所述下层振子贴片设置在所述介质板(2)的下表面， 所述上层振子贴片包括第一振子臂(10)和第二振子臂(11)， 所述下层振子贴片包括第 三振子臂(12。

4、)和第四振子臂(13)， 所述第一振子臂(10)和第二振子臂(11)通过第一相位延迟曲线(70)连接， 所述第三振 子臂(12)和第四振子臂(13)通过第二相位延迟曲线(71)连接， 所述地板上设置有反射腔(4)， 所述反射腔(4)位于所述介质板(2)的下方。 2.根据权利要求1所述的L波段收发共用星载天线， 其特征在于， 所述第一振子臂(10) 与第二振子臂(11)呈90 旋转对称设置， 所述第三振子臂(12)与第四振子臂(13)呈90 旋转 对称设置， 所述第一振子臂(10)与所述第三振子臂(12)呈180 旋转对称设置， 所述第二振 子臂(11)与所述第四振子臂(13)呈180 旋转对称。

5、设置。 3.根据权利要求1或2所述的L波段收发共用星载天线， 其特征在于， 所述反射腔(4)包 括四个围合形成方形腔体的反射面， 所述反射面与所述地板垂直连接， 所述反射面设置在 所述下层振子贴片下方。 4.根据权利要求1或2所述的L波段收发共用星载天线， 其特征在于， 所述同轴馈线(5) 包括内芯和外壁， 所述内芯的顶部与所述第一振子臂(10)连接， 所述外壁的顶部与所述第 三振子臂(12)连接。 5.根据权利要求1或2所述的L波段收发共用星载天线， 其特征在于， 所述第一振子臂 (10)上设置有第一外延部(100)， 所述第一相位延迟曲线(70)呈弧形弯曲连接第一外延部 (100)的外侧壁。

6、和第二振子臂(11)的端部， 所述第二振子臂(11)上设置有第二外延部 (110)， 所述第二相位延迟曲线(71)呈弧形弯曲连接第二外延部(110)的外侧壁和第四振子 臂(13)的端部。 6.根据权利要求5所述的L波段收发共用星载天线， 其特征在于， 所述第一外延部(100) 上设置有第一通孔， 所述外延部上设置有第二通孔， 所述第一通孔、 第二通孔和介质板(2) 的中心竖向同轴分布， 所述同轴馈线(5)的内芯延伸至第一通孔内， 所述同轴馈线(5)的外 壁延伸至第二通孔内。 7.根据权利要求1或2所述的L波段收发共用星载天线， 其特征在于， 所述下层振子贴片 与所述地板之间还连接有短路枝节(6。

7、)。 8.根据权利要求1或2所述的L波段收发共用星载天线， 其特征在于， 所述支撑柱(3)为 四根， 分别垂直设置在所述介质板(2)和所述地板的四角。 9.根据权利要求1或2所述的L波段收发共用星载天线， 其特征在于， 所述辐射体(1)到 地板之间的距离为0.51倍工作波长， 所述反射腔(4)的高度为0.35倍工作波长。 10.根据权利要求1或2所述的L波段收发共用星载天线， 其特征在于， 所述第一相位延 迟曲线(70)和第二相位延迟曲线(71)的宽度均为0.02倍工作波长。 权利要求书 1/1 页 2 CN 112271442 A 2 L波段收发共用星载天线 技术领域 0001 本发明涉及卫。

8、星通信技术领域， 具体涉及L波段收发共用星载天线。 背景技术 0002 近年来， 在卫星通信中， 为对特定区域进行有效覆盖， 减少邻区干扰和提高效率， 对星载天线的带宽、 轴比、 尺寸等提出了严格要求。 0003 具体地， 在某些卫星通信系统中， 在宽带化的基础上要求实现天线的低剖面、 宽轴 比、 带宽， 常用的天线往往很难同时满足这三方面的要求。 0004 因此， 有必要设计一种能满足这些高要求的天线结构。 发明内容 0005 本发明要解决的技术问题是： 现有的天线在宽带、 轴比和低剖面上难以同时满足 的问题。 0006 本发明可通过下述技术方案实现： 0007 L波段收发共用星载天线， 包。

9、括辐射体、 介质板和地板， 所述介质板和所述地板通 过支撑柱连接， 所述辐射体和地板之间通过同轴馈线连接， 0008 所述辐射体包括上层振子贴片和下层振子贴片， 所述上层振子贴片设置在所述介 质板的上表面， 所述下层振子贴片设置在所述介质板的下表面， 0009 所述上层振子贴片包括第一振子臂和第二振子臂， 所述下层振子贴片包括第三振 子臂和第四振子臂， 0010 所述第一振子臂和第二振子臂通过第一相位延迟曲线连接， 所述第三振子臂和第 四振子臂通过第二相位延迟曲线连接， 0011 所述地板上设置有反射腔， 所述反射腔位于所述介质板的下方。 0012 本发明采用微带天线来实现， 但是传统微带天线。

10、带宽窄、 轴比低， 本发明通过在介 质板上加载双层振子贴片和增加空气腔来实现宽带化， 通过增加反射腔调整波束宽度和天 线增益， 增大俯仰最大增益指向角度， 通过调整相位延迟线来增加天线的轴比带宽， 该天线 工作于L频段， 具有宽频带、 宽波束、 宽轴比、 低剖面、 结构简单、 易于加工等特点， 可以实现 宽波束赋形， 可应用于低轨卫星的通信中。 0013 本发明优选的L波段收发共用星载天线， 所述第一振子臂与第二振子臂呈90 旋转 对称设置， 所述第三振子臂与第四振子臂呈90 旋转对称设置， 所述第一振子臂与所述第三 振子臂呈180 旋转对称设置， 所述第二振子臂与所述第四振子臂呈180 旋转。

11、对称设置。 0014 本发明的辐射体采用金属的振子贴片设计组合而成， 第一振子臂和第二振子臂在 介质板的上表面间隔分布， 且通过第一相位延迟曲线相互连接， 第三振子臂和第四振子臂 在介质板的下表面间隔分布， 通过第二相位延迟曲线相互连接。 0015 本发明通过对辐射体的具体结构设计， 介质板上方的振子臂旋转180 正好位于介 质板下方的振子臂的正上方， 使四个振子臂连续存在着90 的相差， 构成自相移结构， 发射 说明书 1/5 页 3 CN 112271442 A 3 信号从所述同轴馈线的端口进入， 经辐射体的自相移结构实现信号的圆极化， 并辐射到外 部空间中。 0016 优选地， 所述第一。

12、振子臂、 第二振子臂、 第三振子臂和第四振子臂呈方形且作切角 处理， 可以进一步改善轴比。 0017 进一步地， 所述振子臂印制而成并贴于介质板。 0018 本发明优选的L波段收发共用星载天线， 所述反射腔包括四个围合形成方形腔体 的反射面， 所述反射面与所述地板垂直连接， 所述反射面设置在所述下层振子贴片下方。 0019 本发明通过设置反射腔， 且与辐射体存在一定的距离， 这样可以增加一个自由度 用于调节天线波束宽度与增益。 0020 本发明优选的L波段收发共用星载天线， 所述同轴馈线包括内芯和外壁， 所述内芯 的顶部与所述第一振子臂连接， 所述外壁的顶部与所述第三振子臂连接。 0021 本。

13、发明优选的L波段收发共用星载天线， 所述第一振子臂上设置有第一外延部， 所 述第一相位延迟曲线呈弧形弯曲连接第一外延部的外侧壁和第二振子臂的端部， 所述第二 振子臂上设置有第二外延部， 所述第二相位延迟曲线呈弧形弯曲连接第二外延部的外侧壁 和第四振子臂的端部。 0022 本发明为了更好地实现自相移结构， 采用相位延迟曲线连接两个呈90 旋转对称 分布的振子臂， 且相位延迟曲线呈270 弧形曲线。 0023 本发明优选的L波段收发共用星载天线， 所述第一外延部上设置有第一通孔， 所述 外延部上设置有第二通孔， 所述第一通孔、 第二通孔和介质板的中心竖向同轴分布， 所述同 轴馈线的内芯延伸至第一通。

14、孔内， 所述同轴馈线的外壁延伸至第二通孔内， 同轴馈线作为 整个天线的中心， 连接着地板与辐射体。 0024 本发明优选的L波段收发共用星载天线， 所述下层振子贴片与所述地板之间还连 接有短路枝节。 0025 短路枝节可以平衡电流， 改善天线方向图的对称性， 并起到支撑介质板的作用。 0026 本发明优选的L波段收发共用星载天线， 所述支撑柱为四根， 分别垂直设置在所述 介质板和所述地板的四角， 起固定、 支撑介质板的作用。 0027 本发明优选的L波段收发共用星载天线， 所述辐射体到地板之间的距离为0.51倍 工作波长， 所述反射腔的高度为0.35倍工作波长。 0028 本发明设计的天线的整。

15、体高度为0.51倍工作波长， 符合低剖面的要求。 0029 本发明优选的L波段收发共用星载天线， 所述第一相位延迟曲线和第二相位延迟 曲线的宽度均为0.02倍工作波长， 半径均为0.07倍工作波长。 0030 本发明与现有技术相比， 具有如下的优点和有益效果： 0031 1、 本发明通过在介质板上加载双层振子贴片和增加空气腔来实现宽带化， 通过增 加反射腔调整波束宽度和天线增益， 增大俯仰最大增益指向角度， 通过调整相位延迟线来 增加天线的轴比带宽， 该天线工作于L频段， 具有宽频带、 宽波束、 宽轴比、 低剖面、 结构简 单、 易于加工等特点， 可以实现宽波束赋形， 可应用于低轨卫星的通信中。

16、。 0032 2、 本发明通过结构改进和尺寸设计， 具体通过调节相位延迟线的半径大小、 线宽 获得良好的轴比带宽； 通过调节地板距辐射体的距离与调整反射腔的高度获得良好的波束 宽度和增益， 最终实现L波段收发共用星载天线的宽轴比和宽波束。 说明书 2/5 页 4 CN 112271442 A 4 附图说明 0033 此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解， 构成本申请的一部 分， 并不构成对本发明实施例的限定。 在附图中： 0034 图1为本发明天线的模型结构示意图； 0035 图2为本发明上层振子贴片的模型结构示意图； 0036 图3为本发明下层振子贴片的模型结构示意图； 003。

17、7 图4为本发明的天线的侧视示意图； 0038 图5为本发明的轴向轴比曲线图； 0039 图6为本发明的驻波曲线图； 0040 图7为本发明的阻抗特性曲线图； 0041 图8为本发明的轴比曲线图； 0042 图9为本发明的增益曲线图； 0043 附图中标记及对应的零部件名称： 0044 1-辐射体， 10-第一振子臂， 100-第一外延部， 11-第二振子臂， 110-第二外延部， 12-第三振子臂， 13-第四振子臂， 2-介质板， 3-支撑柱， 4-反射腔， 5-同轴馈线， 6-短路枝节， 7-相位延迟曲线， 70-第一相位延迟曲线， 71-第二相位延迟曲线。 具体实施方式 0045 为使。

18、本发明的目的、 技术方案和优点更加清楚明白， 下面结合实施例和附图， 对本 发明作进一步的详细说明， 本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明， 并不作 为对本发明的限定。 0046 实施例1 0047 如图1-图4所示， L波段收发共用星载天线， 包括辐射体1、 介质板2和地板， 所述介 质板2和所述地板通过支撑柱3连接， 所述辐射体1和地板之间通过同轴馈线5连接， 所述辐 射体1包括上层振子贴片和下层振子贴片， 所述上层振子贴片设置在所述介质板2的上表 面， 所述下层振子贴片设置在所述介质板2的下表面， 所述上层振子贴片包括第一振子臂10 和第二振子臂11， 所述下层振子贴片包括第三。

19、振子臂12和第四振子臂13， 所述第一振子臂 10和第二振子臂11通过第一相位延迟曲线70连接， 所述第三振子臂12和第四振子臂13通过 第二相位延迟曲线71连接， 所述地板上设置有反射腔4， 所述反射腔4位于所述介质板2的下 方。 0048 本发明采用微带天线来实现， 但是传统微带天线带宽窄、 轴比低， 本发明通过在介 质板2上加载双层振子贴片和增加空气腔来实现宽带化， 通过增加反射腔4调整波束宽度和 天线增益， 增大俯仰最大增益指向角度， 通过调整相位延迟线7来增加天线的轴比带宽， 该 天线工作于L频段， 具有宽频带、 宽波束、 宽轴比、 低剖面、 结构简单、 易于加工等特点， 可以 实现。

20、宽波束赋形， 可应用于低轨卫星的通信中。 0049 所述第一振子臂10与第二振子臂11呈90 旋转对称设置， 所述第三振子臂12与第 四振子臂13呈90 旋转对称设置， 所述第一振子臂10与所述第三振子臂12呈180 旋转对称 设置， 所述第二振子臂11与所述第四振子臂13呈180 旋转对称设置。 0050 本发明的辐射体1采用金属的振子贴片设计组合而成， 第一振子臂10和第二振子 说明书 3/5 页 5 CN 112271442 A 5 臂11在介质板2的上表面间隔分布， 且通过第一相位延迟曲线70相互连接， 第三振子臂12和 第四振子臂13在介质板2的下表面间隔分布， 通过第二相位延迟曲线。

21、71相互连接。 0051 本发明通过对辐射体1的具体结构设计， 介质板2上方的振子臂旋转180 正好位于 介质板2下方的振子臂的正上方， 使四个振子臂连续存在着90 的相差， 构成自相移结构， 发 射信号从所述同轴馈线5的端口进入， 经辐射体1的自相移结构实现信号的圆极化， 并辐射 到外部空间中。 0052 所述振子臂印制而成并贴于介质板2。 0053 所述反射腔4包括四个围合形成方形腔体的反射面， 所述反射面与所述地板垂直 连接， 所述反射面设置在所述下层振子贴片下方。 0054 本发明通过设置反射腔4， 且与辐射体1存在一定的距离， 这样可以增加一个自由 度用于调节天线波束宽度与增益。 0。

22、055 所述同轴馈线5包括内芯和外壁， 所述内芯的顶部与所述第一振子臂10连接， 所述 外壁的顶部与所述第三振子臂12连接。 0056 所述第一振子臂10上设置有第一外延部100， 所述第一相位延迟曲线70呈弧形弯 曲连接第一外延部100的外侧壁和第二振子臂11的端部， 所述第二振子臂11上设置有第二 外延部110， 所述第二相位延迟曲线71呈弧形弯曲连接第二外延部110的外侧壁和第四振子 臂13的端部。 0057 本发明为了更好地实现自相移结构， 采用相位延迟曲线7连接两个呈90 旋转对称 分布的振子臂， 且相位延迟曲线7呈270 弧形曲线。 0058 所述第一外延部100上设置有第一通孔，。

23、 所述外延部上设置有第二通孔， 所述第一 通孔、 第二通孔和介质板2的中心竖向同轴分布， 所述同轴馈线5的内芯延伸至第一通孔内， 所述同轴馈线5的外壁延伸至第二通孔内， 同轴馈线5作为整个天线的中心， 连接着地板与 辐射体1。 0059 所述下层振子贴片与所述地板之间还连接有短路枝节6， 短路枝节6可以平衡电 流， 改善天线方向图的对称性， 并起到支撑介质板2的作用。 0060 实施例2 0061 本实施例与实施例1的区别在于， 所述介质板2呈方形， 所述反射腔4呈四方腔体结 构， 所述第一振子臂10、 第二振子臂11、 第三振子臂12和第四振子臂13呈方形且作切角处 理， 可以进一步改善轴比。

24、， 所述支撑柱3为四根， 分别垂直设置在所述介质板2和所述地板的 四角， 起固定、 支撑介质板2的作用。 0062 实施例3 0063 本实施例与实施例2的区别在于， 所述辐射体1到地板之间的距离为0.51倍工作波 长， 所述反射腔4的高度为0.35倍工作波长。 0064 所述第一振子臂10、 第二振子臂11、 第三振子臂12和第四振子臂13的宽度为0.23 倍工作波长， 所述振子臂的宽度是指外延部所在边与其对边之间的距离。 0065 本发明设计的天线的整体高度为0.51倍工作波长， 符合低剖面的要求。 0066 所述第一相位延迟曲线70和第二相位延迟曲线71的宽度均为0.02倍工作波长， 半。

25、 径均为0.07倍工作波长， 所述第一相位延迟曲线70和第二相位延迟曲线71的长度约等于工 作波长的四分之一。 说明书 4/5 页 6 CN 112271442 A 6 0067 所述第一外延部100和第二外延部110的长度为0.1倍工作波长。 0068 对本实施例的天线的性能性能表征： 0069 (1)天线的轴向轴比曲线： 0070 如图5所示， 在轴比为3dB时， 频率经归一化处理后， f10.715， f20.86， 根据相 对带宽的计算公式： 2*(f2-f1)/(f2+f1)得到相对宽度为18.4。 0071 (2)天线的驻波曲线： 0072 如图6所示， 在驻波比为1.3时， 频率。

26、经归一化处理后， f30.44， f20.793， 根据 相对带宽的计算公式： 2*(f4-f3)/(f3+f4)得到相对宽度为57.3。 0073 (3)天线的阻抗特性曲线 0074 如图7所示， 在S11为-10dB时， 频率经归一化处理后， f50.403， f60.916， 根据 相对带宽的计算公式： 2*(f6-f5)/(f5+f6)得到相对宽度为77.8。 0075 (4)天线的轴比曲线和增益曲线： 0076 如图8所示的轴比曲线和图9所示的增益曲线， 从两个图中可以看出， 在频率为 1.575GHz时的轴比和增益情况如下表1所示： 0077 表1.频率为1.575GHz时的轴比和。

27、增益情况 0078 04590 AR3dB-78.93 83.95-70.74 79.67-79.54 91.7 Gain1.5dB-59.59 59.22-60.99 62.14-58.39 60.6 0079 从上述图1-9和表1可以看出， 本实施例的天线具有宽频带、 宽波束、 宽轴比、 低剖 面的特性， 满足低轨卫星的通信要求。 0080 以上所述的具体实施方式， 对本发明的目的、 技术方案和有益效果进行了进一步 详细说明， 所应理解的是， 以上所述仅为本发明的具体实施方式而已， 并不用于限定本发明 的保护范围， 凡在本发明的精神和原则之内， 所做的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包含 在本发明的保护范围之内。 说明书 5/5 页 7 CN 112271442 A 7 图1 图2 说明书附图 1/5 页 8 CN 112271442 A 8 图3 图4 说明书附图 2/5 页 9 CN 112271442 A 9 图5 图6 说明书附图 3/5 页 10 CN 112271442 A 10 图7 图8 说明书附图 4/5 页 11 CN 112271442 A 11 图9 说明书附图 5/5 页 12 CN 112271442 A 12 。