[发明专利]一种宽波束圆极化收发共用小卫星天线

说明书

技术领域

本发明属于卫星天线领域，具体涉及一种宽波束圆极化收发共用小卫星天线。

背景技术

低轨卫星是相对地球同步轨道卫星而言，主要指运行于椭圆轨道上并存在明显近地点的卫星，一般为重量小、寿命短的小型卫星。主要应用于测绘、探测、照相和卫星通话等要求解析精度高、信号衰减小的近地通信和测量场合。低轨卫星由于存在明显近地点，此时卫星发射的电磁波到达地面直线距离很短，有利于用天线增益较低、发射功率较小的便携设备收发，因此常被用做卫星定位系统（GPS）、便携式卫星电话等低增益天线设备的通信信源或中继站。高质量、大容量、高增益覆盖率是人们对现代卫星通信提出的要求。

卫星天线多采用圆极化辐射，这有很多优点：可以消除电离层产生的法拉第旋转效应；不需要极化跟踪；收发天线采用不同的极化旋向，可以提高收发天线隔离度性以降低接收机的设计难度。另外根据电磁场理论，圆极化电磁波入射到导体平面后，其反射波的极化旋向相反，因此星上金属反射物体对于圆极化天线的性能影响很小。

多波束天线是现代卫星通信新技术中非常重要的一项，但多波束天线是一个高复杂性的天线系统，具有复杂的阵列形式或复杂的波束形成网络。

四臂螺旋天线具有良好的半球心形方向图，其优良的宽波束和圆极化特性被广泛应用于卫星通信，但在有限的空间体积内，单个螺旋天线并不能实现左右旋圆极化的收发共用。

微带天线因其可共形、重量轻、成本低、易组装成阵列、易采用微波集成电路加工、易实现圆极化等特点，在卫星通信、航空航天通信和移动通信终端等便携式通信设备中都有广泛应用。但传统微带天线波束宽度较窄，一般在70°~110°左右，且低仰角时增益较低。微带天线实现圆极化大致有单馈、多馈和多元三大类方法，单馈法实现方式最简单，但带宽相对较窄；多馈法一般包括双馈和四馈，双馈法实现网络较为简单，四馈法的馈电网络较为复杂；多元法可理解为天线阵，结构尺寸大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种宽波束圆极化收发共用小卫星天线，解决了当收发同频时螺旋天线不能收发共用、微带天线波束宽度较窄等问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种宽波束圆极化收发共用小卫星天线，包括圆形金属底板、金属圆台、圆形辐射体和电桥；所述金属圆台为空心圆台，金属圆台面积大的底面固定在圆形金属底板中心，金属圆台顶面固定在圆形辐射体底面中心，且圆形辐射体的直径大于金属圆台顶面直径，小于圆形金属底板的直径，电桥设置在金属圆台内，且固定于其顶面内壁。

所述圆形辐射体包括两面覆铜的辐射体介质基片，辐射体介质基片底面与金属圆台顶面固连，并去除底面不与金属圆台接触面上的覆铜层，辐射体介质基片顶面的覆铜层为圆形，其直径小于金属圆台顶面直径，将其作为微带贴片。

所述电桥包括两面覆铜的电桥介质基片，顶面固定于金属圆台的顶面内壁，底面腐蚀形成微带电桥。

所述微带电桥采用3dB定向耦合器结构，包括两个第一端口、两个第二端口和两个探针，金属凸台顶面设有两个通孔，两个第一端口信号幅度相等且相位正交，每个第一端口上接有一个探针，探针穿过上述通孔，通过探针给所述辐射体的微带圆形贴片馈电以实现圆极化，两个第二端口根据产生的圆极化波的旋向分别为右旋圆极化端口和左旋圆极化端口。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

（1）本发明采用延伸辐射体介质基片及三维接地结构和折叠导体墙的技术，来展宽微带天线波束宽度，提高低仰角增益，实现天线较好的辐射性能。

（2）本发明采用电桥形式作为天线的馈电单元来给天线单元馈电以双馈圆极化。电桥可以在宽频带范围内保持两个输出端口幅度相等、相位相差90°，并且终端为匹配负载形式，避免了反射带来的影响，有利于改善驻波和轴比特性。且电桥的两个第二端口分别是天线的左旋圆极化端口和右旋圆极化端口，实现了天线的收发共用。

（3）本发明具有体积小、重量轻、结构及加工工艺简单的优点。

附图说明

图1是本发明的宽波束圆极化收发共用小卫星天线的结构三维图。

图2是本发明的宽波束圆极化收发共用小卫星天线的剖视图。

图3是本发明辐射体的俯视图。

图4是本发明电桥的仰视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。