本發(fā)明涉及天線，特別涉及星載收發(fā)一體雙頻雙圓極化天線。

背景技術(shù)：

衛(wèi)星低成本、小型化、輕量化及一箭多星發(fā)射的大趁勢，對星載天線提出了更高的要求。傳統(tǒng)金屬螺旋天線在體積、重量、成本及衛(wèi)星外包絡(luò)方面的局限性在微小衛(wèi)星的應(yīng)用中越來越突出。微小衛(wèi)星對低成本、小尺寸、高性能的星載天線十分期待。例如,衛(wèi)星上常用的測控天線，通常要求波束實現(xiàn)360度球狀全覆蓋,當(dāng)前的主流的實現(xiàn)方式是采用收發(fā)各二副螺旋天線來實現(xiàn),在微納衛(wèi)星較小的外包絡(luò)空間內(nèi),安裝四副螺旋天線,局限性越來越明顯。再如，作為通信主載荷的多波束相控陣天線,銥星及全球星等大衛(wèi)星主要采用的仍是收發(fā)分離的兩副相控陣來實現(xiàn)雙頻雙圓極化工作,而二副相控陣多波束天線的體積、重量及安裝空間要求對體積、重量及功耗嚴(yán)重受限的微納衛(wèi)星無疑是一個巨大的挑戰(zhàn)。

通信載荷天線或測控天線通常工作在頻率極接近的高低兩個頻段，接收與發(fā)射分別采用左旋及右旋兩種不同的極化方式，收發(fā)高低頻率之比往往低于1.1。[1]naimianb等人發(fā)表在2011年electricalengineering(icee),.ieee,2011:1-4的“anewnoveldual-bandcircularly-polarizedmicrostripantenna”和litw等人發(fā)表在2005.ieee/acesinternationalconferenceon.ieee,2005:930-933的“dual-bandcircularlypolarizedmicrostripantenna”均提供了單片雙圓極化方案，但均難以滿足1.1這樣低頻比的要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的問題是現(xiàn)有天線無法滿足微小衛(wèi)星低成本、小尺寸、高性能的要求；為解決所述問題，本發(fā)明提供一種星載收發(fā)一體雙頻雙圓極化天線。

本發(fā)明提供星載收發(fā)一體化雙頻雙圓極化天線，包括：天線單元和反射鋁板；所述天線單元包括：上層輻射陶瓷基片，貼在所述上層輻射陶瓷基片朝向空間上表面的上層高頻輻射貼片，所述上層高頻輻射貼片一個對角線的兩端各形成一個圓極化切角；下層輻射陶瓷基片，貼在所述下層輻射陶瓷基片朝向上層輻射陶瓷基片上表面的下層低頻輻射貼片，所述下層低頻輻射貼片一個對角線的兩端各形成一個圓極化切角；所述下層輻射陶瓷基片四個側(cè)面分別有拓展輻射條帶，所述拓展輻射條帶與下層低頻輻射貼片連接形成傘狀結(jié)構(gòu)；所述下層低頻輻射貼片與上層高頻輻射貼片的兩條對角線分別平行；形成圓極化切角的兩條對角線不平行,通過上下層輻射貼片分別實現(xiàn)右旋及左旋雙圓極化；所述上層高頻輻射貼片與下層低頻輻射貼片之間有高頻天線饋針；所述下層低頻輻射貼片與反射鋁板之間有低頻天線饋針。

進一步，所述上層高頻輻射貼片、下層低頻輻射貼片、拓展輻射條帶為厚度為0.03～0.15mm；所述上層輻射陶瓷基片為介電常數(shù)為8～80的微波介質(zhì)材料；所述下層輻射陶瓷基片為介電常數(shù)為6～40的微波介質(zhì)材料，高頻天線饋針與低頻天線饋針為鈹青銅。

進一步，所述天線用于s頻段測控天線，下層輻射陶瓷基片的幾何尺寸為：長х寬х高＝31.5mmх31.5mmх2mm；基片材料的介電常數(shù)為8，介電損耗為0.001，上層輻射陶瓷基片的幾何尺寸為：長х寬х高＝20mmх20mmх2mm，基片材料的介電常數(shù)為15，介電損耗為0.001，上層高頻輻射貼片的尺寸為18mmх18mm；上層高頻輻射貼片的圓極化切角的長度為1.5mm，下層低頻輻射貼片的尺寸為31.5mmх31.5mm，下層低頻輻射貼片的圓極化切角的長度為2.9mm，側(cè)面的拓展輻射條帶的尺寸為16mmх1mm，位置居中。

進一步，所述天線用于l頻段收發(fā)一體共口徑通信載荷天線，包括：19個天線單元和反射鋁板；所述19個天線單元按1，6及12由內(nèi)而外分三層在反射鋁板上按圓環(huán)形布局；每個天線單元中下層輻射陶瓷基片的幾何尺寸為：長х寬х高＝39.4mmх39.4mmх4mm；基片材料的介電常數(shù)為8，介電損耗為0.001，上層輻射陶瓷基片的幾何尺寸為：長х寬х高＝26mmх26mmх4mm，基片材料的介電常數(shù)為15，介電損耗為0.001.上層高頻輻射貼片的尺寸為23mmх23mm；上層高頻輻射貼片的圓極化切角的長度為2.4mm，下層低頻輻射貼片的尺寸為39.4mmх39.4mm，下層低頻輻射貼片的圓極化切角的長度為5.3mm,側(cè)面的拓展輻射條帶的尺寸為24mmх1.6mm，位置居中；每個天線單元與反射鋁板組成一個多波束載荷天線。

本發(fā)明采用小型化微帶天線方案，實現(xiàn)天線的收發(fā)一體，并滿足雙頻雙圓極化功能，可使上述應(yīng)用場景下的天線數(shù)量減半。同時微帶天線方案在電性能與傳統(tǒng)金屬螺旋天線相當(dāng)?shù)那闆r，在體積、重量、成本方面還有突出的優(yōu)勢。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提供的星載收發(fā)一體雙頻雙圓極化天線的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例提供的星載收發(fā)一體雙頻雙圓極化天線用于s頻段測控天線時，低頻接收天線(lhcp)回波損耗s11；

圖3是本發(fā)明實施例提供的星載收發(fā)一體雙頻雙圓極化天線用于s頻段測控天線時，低頻接收天線(lhcp)輻射方向圖；

圖4是本發(fā)明實施例提供的星載收發(fā)一體雙頻雙圓極化天線用于s頻段測控天線時，低頻接收天線(lhcp)圓極化軸比；

圖5是本發(fā)明實施例提供的星載收發(fā)一體雙頻雙圓極化天線用于s頻段測控天線時，高頻段發(fā)射天線(rhcp)的回波損耗s11；

圖6是本發(fā)明實施例提供的星載收發(fā)一體雙頻雙圓極化天線用于s頻段測控天線時，高頻發(fā)射天線的輻射方向圖；

圖7是本發(fā)明實施例提供的星載收發(fā)一體雙頻雙圓極化天線用于s頻段測控天線時，高頻發(fā)射天線圓極化軸比；

圖8是本發(fā)明實施例提供的星載收發(fā)一體雙頻雙圓極化天線用于s頻段測控天線時，收發(fā)天線之間的隔離度；

圖9是本發(fā)明實施例提供的星載收發(fā)一體雙頻雙圓極化天線用于l頻段通信載荷天線時，l頻段19陣元收發(fā)一體多波束載荷天線俯視圖；

圖10是本發(fā)明實施例提供的星載收發(fā)一體雙頻雙圓極化天線用于l頻段通信載荷天線時，低頻接收天線(lhcp)單元回波損耗(s11)；

圖11是本發(fā)明實施例提供的星載收發(fā)一體雙頻圓極化天線用于l頻段通信載荷天線時，低頻接收天線(lhcp)單元輻射方向圖；

圖12是本發(fā)明實施例提供的星載收發(fā)一體雙頻圓極化天線用于l頻段通信載荷天線時，低頻接收天線(lhcp)單元軸比方向圖；

圖13是本發(fā)明實施例提供的星載收發(fā)一體雙頻雙圓極化天線用于l頻段通信載荷天線時，高頻發(fā)射天線(rhcp)單元回波損耗(s11)；

圖14是本發(fā)明實施例提供的星載收發(fā)一體雙頻雙圓極化天線用于l頻段通信載荷天線時，高頻發(fā)射天線(rhcp)單元輻射方向圖；

圖15是本發(fā)明實施例提供的星載收發(fā)一體雙頻雙圓極化天線用于l頻段通信載荷天線時，高頻發(fā)射天線(rhcp)單元軸比方向圖；

圖16是本發(fā)明實施例提供的星載收發(fā)一體雙頻雙圓極化天線用于l頻段通信載荷天線時，低頻接收天線(lhcp)與高頻發(fā)射天線(rhcp)之間的隔離度；

圖17是本發(fā)明實施例提供的星載收發(fā)一體共口徑雙頻雙圓極化天線用于l頻段通信載荷天線時，低頻接收天線10波束三維輻射方向圖；

圖18是本發(fā)明實施例提供的星載收發(fā)一體共口徑雙頻雙圓極化天線用于l頻段通信載荷天線時，高頻發(fā)射天線10波束三維輻射方向圖。

具體實施方式

下文中，結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的精神和實質(zhì)作進一步闡述。

如圖1所示，本發(fā)明實施例提供的星載收發(fā)一體化雙頻雙圓極化天線，包括：天線單元和反射鋁板；所述天線單元包括：上層輻射陶瓷基片3，貼在所述上層輻射陶瓷基片3朝向空間上表面的上層高頻輻射貼片2，所述上層高頻輻射貼片2一個對角線的兩端各形成一個圓極化切角10；下層輻射陶瓷基片6，貼在所述下層輻射陶瓷基片6朝向上層輻射陶瓷基片3上表面的下層低頻輻射貼片4，所述下層低頻輻射貼片4一個對角線的兩端各形成一個圓極化切角11；所述下層輻射陶瓷基片6四個側(cè)面分別有拓展輻射條帶5，所述拓展輻射條帶5與下層低頻輻射貼片4連接形成傘狀結(jié)構(gòu)；所述下層低頻輻射貼片4與上層高頻輻射貼片2的兩條對角線分別平行；形成圓極化切角的兩條對角線不平行；所述上層高頻輻射貼片2與下層低頻輻射貼片4之間有高頻天線饋針7；所述下層低頻輻射貼片4與反射鋁板9之間有低頻天線饋針8。

繼續(xù)參考圖1，所述上層高頻輻射貼片2、下層低頻輻射貼片4、拓展輻射條帶5為厚度為0.03～0.15mm；所述上層輻射陶瓷基片3為介電常數(shù)為8～80的微波介質(zhì)材料；所述下層輻射陶瓷基片6為介電常數(shù)為6～40的微波介質(zhì)材料，高頻天線饋針7與低頻天線饋針8為鈹青銅。

在本發(fā)明的一個實施例中，所述天線用于s頻段測控天線，下層輻射陶瓷基片的幾何尺寸為：長х寬х高＝31.5mmх31.5mmх2mm；基片材料的介電常數(shù)為8，介電損耗為0.001，上層輻射陶瓷基片的幾何尺寸為：長х寬х高＝20mmх20mmх2mm，基片材料的介電常數(shù)為15，介電損耗為0.001，上層高頻輻射貼片的尺寸為18mmх18mm；上層高頻輻射貼片的圓極化切角的長度為1.5mm，下層低頻輻射貼片的尺寸為31.5mmх31.5mm，下層低頻輻射貼片的圓極化切角的長度為2.9mm，側(cè)面的拓展輻射條帶的尺寸為16mmх1mm，位置居中。

低頻段接收天線(lhcp)的回波損耗s11如圖2所示，-10db帶寬約為30mhz,滿足應(yīng)用要求。低頻天線的輻射方向圖如圖3所示,天線峰值增益達7.35dbi,圓極化軸比如圖4所示，在±60°的主波束內(nèi)圓極化軸比優(yōu)于3db。

高頻段發(fā)射天線(rhcp)的回波損耗s11如圖5所示，-10db帶寬約為20mhz,滿足應(yīng)用要求。高頻天線的輻射方向圖如圖6所示,天線峰值增益達7.15dbi,圓極化軸比如圖7所示，由圖可見在±60°的主波束內(nèi)圓極化軸比優(yōu)于3db。

高低頻收發(fā)天線之間的隔離度如圖8所示，由圖可知,接收天線與發(fā)射天線之間的隔離度在低頻接收頻點處已達到-19.6db。

如圖9所述在本發(fā)明的另外一個實施例中，所述天線用于l頻段通信載荷天線，包括：19個天線單元20和反射鋁板9；所述19個天線單元按1，6及12由內(nèi)而外分三層在反射鋁板上按圓環(huán)形布局；每個天線單元中下層輻射陶瓷基片的幾何尺寸為：長х寬х高＝39.4mmх39.4mmх4mm；基片材料的介電常數(shù)為8，介電損耗為0.001，上層輻射陶瓷基片的幾何尺寸為：長х寬х高＝26mmх26mmх4mm，基片材料的介電常數(shù)為15，介電損耗為0.001.上層高頻輻射貼片的尺寸為23mmх23mm；上層高頻輻射貼片的圓極化切角的長度為2.4mm，下層低頻輻射貼片的尺寸為39.4mmх39.4mm，下層低頻輻射貼片的圓極化切角的長度為5.3mm,側(cè)面的拓展輻射條帶的尺寸為24mmх1.6mm，位置居中；每個天線單元與反射鋁板組成一個陣元多波束載荷天線。

低頻段接收天線(lhcp)的回波損耗s11如圖10所示，由圖可知-10db帶寬約為40mhz，滿足應(yīng)用要求。其輻射方向圖如圖11所示，由圖可見天線設(shè)計仿真峰值增益可達6.9db。天線方向圖軸比如圖12所示，由圖可見該天線具有極佳的圓極化軸比，在±60°的主波束范圍內(nèi)圓極化軸比優(yōu)于3db。

高頻段發(fā)射天線(rhcp)的回波損耗s11如圖13所示，由圖可知-10db帶寬約為40mhz，滿足應(yīng)用要求。其輻射方向圖如圖14所示，由圖可見天線設(shè)計仿真峰值增益可達6.67db。天線方向圖軸比如圖15所示，由圖可見該天線具有極佳的圓極化軸比，在±60°的主波束范圍內(nèi)圓極化軸比優(yōu)于3db。

低頻接收天線(lhcp)與高頻發(fā)射天線(rhcp)之間的隔離度如下圖16所示。

按圖9所示的組陣方式，通過數(shù)字多波束dbf合成方法，形成的多波束實施效果如圖17及圖18所示。圖17為低頻接收天線10波束三維輻射方向圖，圖18為高頻發(fā)射天線10波束三維輻射方向圖。

本發(fā)明雖然已以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍。