一种共口径阵列天线和卫星通讯终端转让专利
申请号 : CN202110085055.7
文献号 : CN112421246B
文献日 : 2021-04-23
发明人 : 颜微 , 谷滨 , 王新辉 , 董超 , 罗烜
申请人 : 成都天锐星通科技有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种共口径阵列天线,其特征在于,包括依次设置的接收天线层和发射天线层,所述接收天线层包括多个呈矩形阵列设置的接收天线单元,所述发射天线层包括多个呈矩形阵列设置于同一面的紧耦合单元,所述接收天线层的一个所述接收天线单元对应所述发射天线层的四个所述紧耦合单元,相邻两个所述紧耦合单元沿横向或纵向随机形成紧耦合单元组以使所述发射天线层处于紧耦合工作模式;相邻两个所述紧耦合单元之间的几何中心间距大于发射天线的半波长;
还包括频率选择表面层,所述频率选择表面层位于所述接收天线层和所述发射天线层之间。
2.如权利要求1所述的共口径阵列天线,其特征在于,相邻两个所述紧耦合单元的几何中心间距与相邻所述接收天线单元的几何中心间距的差值的绝对值小于等于1mm。
3.如权利要求2所述的共口径阵列天线,其特征在于,所述发射天线层为Ka频段发射天线层,所述接收天线层为K频段接收天线层,相邻两个所述紧耦合单元的几何中心间距为Ka频段发射天线的波长的0.73倍,相邻所述接收天线单元的几何中心间距为K频段接收天线的波长的0.5倍。
4.如权利要求1所述的共口径阵列天线,其特征在于,所述接收天线单元和所述紧耦合单元交错分布。
5.如权利要求1至4任一项所述的共口径阵列天线,其特征在于,还包括层叠设置的紧耦合馈电巴伦层、L型馈线层、紧耦合馈电网络层和接收天线馈电网络层,所述发射天线层和接收天线层位于所述紧耦合馈电巴伦层和L型馈线层之间且所述发射天线层靠近所述紧耦合馈电巴伦层设置;所述紧耦合馈电巴伦层、所述发射天线层和所述紧耦合馈电网络层垂直互联以形成发射天线;所述接收天线层、所述L型馈线层和所述接收天线馈电网络层垂直互联以形成接收天线。
6.如权利要求5所述的共口径阵列天线,其特征在于,所述紧耦合馈电网络层包括多个第一馈电结构,相邻所述第一馈电结构之间的相位差为90°;所述接收天线馈电网络层包括多个第二馈电结构,相邻所述第二馈电结构之间的相位差为90°。
7.如权利要求6所述的共口径阵列天线,其特征在于,所述第一馈电结构和所述第二馈电结构均为带状线馈电结构。
8.如权利要求1所述的共口径阵列天线,其特征在于,所述接收天线单元为接收辐射贴片,所述紧耦合单元为发射辐射贴片。
9.一种卫星通讯终端,其特征在于,包括如权利要求1至8任一项所述的共口径阵列天线。
说明书 :
一种共口径阵列天线和卫星通讯终端
技术领域
背景技术
列放在同一个口径面内,实现多功能的同时,充分减小了天线的占用面积,因此得到了广泛
应用。
时,依然采用上述布阵形式则会在大角度扫描时出现栅瓣,影响天线性能。
发明内容
个呈矩形阵列设置的紧耦合单元,接收天线层的一个接收天线单元对应发射天线层的四个
紧耦合单元,相邻两个紧耦合单元形成紧耦合单元组以使发射天线层处于紧耦合工作模
式。
几何中心间距为K频段接收天线的波长的0.5倍。
且发射天线层靠近紧耦合馈电巴伦层设置;紧耦合馈电巴伦层、发射天线层和紧耦合馈电
网络层垂直互联以形成发射天线;接收天线层、L型馈线层和接收天线馈电网络层垂直互联
以形成接收天线。
为90°。
置的紧耦合单元,接收天线层的一个接收天线单元对应发射天线层的四个紧耦合单元,相
邻两个紧耦合单元形成紧耦合单元组以使发射天线层处于紧耦合工作模式。即使得相邻两
个紧耦合单元之间的几何中心间距能够较为接近相邻两个接收天线单元之间的几何中心
间距,此时,虽然相邻两个紧耦合单元之间的几何中心间距仍然大于发射天线的半波长,但
是由于紧耦合单元均是按照矩形阵列的形式排布,故,相邻两个紧耦合单元可以沿横向或
纵向随机组合形成一个紧耦合单元组,每个紧耦合单元组的相位中心也呈随机分布,从而
打破周期性,避免出现大角度扫描时容易出现栅瓣的现象。实现了在小频率比的情况下通
过紧耦合和规则布阵相结合的形式使得双频收发共口径阵列天线不出现栅瓣。
个紧耦合单元可以沿横向或纵向随机组合形成一个紧耦合单元组,每个紧耦合单元组的相
位中心也呈随机分布,从而打破周期性,避免出现大角度扫描时容易出现栅瓣的现象。实现
了在小频率比的情况下通过紧耦合和规则布阵相结合的形式使得双频收发共口径阵列天
线不出现栅瓣。从而提高卫星通讯终端的性能。
附图说明
范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这
些附图获得其他相关的附图。
辐射贴片;042‑接收天线单元;043‑接收信号;050‑L型馈线层;060‑第一地层;070‑紧耦合
馈电网络层;071‑第一馈电结构;080‑第二地层;090‑接收天线馈电网络层;091‑第二馈电
结构;100‑第三地层;210‑介质匹配层;220‑PP层;230‑介质基板层;300‑垂直互联孔;310‑
隔离孔;320‑第一接收天线垂直互联孔;330‑第二接收天线垂直互联孔;340‑第一发射天线
垂直互联孔;350‑第二发射天线垂直互联孔;360‑第三发射天线垂直互联孔。
具体实施方式
本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施
例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
本发明的实施例中的各个特征可以相互结合,结合后的实施例依然在本发明的保护范围
内。
发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不
是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不
能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述,而不能理
解为指示或暗示相对重要性。
全水平,而是可以稍微倾斜。
体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接
相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上
述术语在本发明中的具体含义。
天线层020包括多个呈矩形阵列设置的紧耦合单元022,接收天线层040的一个接收天线单
元042对应发射天线层020的四个紧耦合单元022,相邻两个紧耦合单元022形成紧耦合单元
组023以使发射天线层020处于紧耦合工作模式。
用矩形阵列的形式排布,相邻两个接收天线单元042之间的几何中心间距是接收天线的半
波长;发射天线层020包括多个紧耦合单元022,多个紧耦合单元022也采用矩形阵列的形式
排布,由于发射天线层020中的紧耦合单元022采用紧耦合结构,因此,其单元尺寸相对接收
天线单元042更小,对应于层叠的接收天线层040和发射天线层020,在层叠方向上实现接收
天线层040中的一个接收天线单元042对应发射天线层020的四个紧耦合单元022(图1中虚
线框内位于下层的为一个接收天线单元042,位于上层与之对应的为四个紧耦合单元022),
即使得相邻两个紧耦合单元022之间的几何中心间距能够较为接近相邻两个接收天线单元
042之间的几何中心间距,此时,虽然相邻两个紧耦合单元022之间的几何中心间距仍然大
于发射天线的半波长,但是由于紧耦合单元022均是按照矩形阵列的形式排布,故,相邻两
个紧耦合单元022沿横向或纵向随机组合形成一个紧耦合单元组023,每个紧耦合单元组
023的相位中心也呈随机分布,从而打破周期性,避免出现大角度扫描时容易出现栅瓣的现
象。实现了在小频率比的情况下通过紧耦合和规则布阵相结合的形式使得双频收发共口径
阵列天线不出现栅瓣。发射天线层020和接收天线层040是频段不同的天线层,即形成双频
收发共口径阵列天线,例如后续实施例中的发射天线层020为Ka频段发射天线层020,接收
天线层040为K频段接收天线层040。
组合形成的紧耦合单元组023,同理,图3中的一个小矩形框也同样等效为两个紧耦合单元
022。当然,在其它实施例中,还包括有多种其它组合形式。结合图1、图2和图3,看出,同一紧
耦合单元022作为不同紧耦合单元组023中的组成因子。图1和图2为同一实施例,图1和图3
为同一实施例。
的性能,使得相邻两个紧耦合单元022的几何中心间距与相邻两个接收天线单元042的几何
中心间距的差值处于1mm。如图1所示,相邻两个紧耦合单元022的几何中心间距还与相邻接
收天线单元042的几何中心间距相等,此时,进一步的提高共口径阵列天线的性能。
邻接收天线单元042的几何中心间距为K频段接收天线的波长的0.5倍。
段发射天线层020即表示发射天线的频段为Ka(30GHz),其对应的波长数值为10mm,半波长
数值为5mm;K频段接收天线层040即表示接收天线的频段为K(20GHz),其对应的波长数值为
15mm,半波长数值为7.5mm。
何中心的间距是按照满足半波长进行设置,即按照7.5mm设置。
Ka频段波长的0.365倍,即3.65mm,如此使得按照上述紧耦合布阵方式形成的阵列中的相邻
Ka频段紧耦合单元022之间的几何中心间距成为Ka频段波长的0.73倍,即7.3mm,因此,相邻
Ka频段紧耦合单元022几何中心间距与相邻K频段接收天线单元042几何中心间距相近,此
时,虽然Ka频段紧耦合单元022几何中心间距(7.3mm)大于Ka频段的半波长(5mm),但是使得
紧耦合阵面中相近的四个Ka频段紧耦合单元022和规则阵面中的一个K频段接收天线单元
042对应,此时,由于相邻Ka频段紧耦合单元022两两随机组合形成一个Ka频段紧耦合单元
组023,使得每个Ka频段紧耦合单元组023的相位中心呈随机分布,从而打破周期性,因此,
实现在Ka频段紧耦合单元022几何中心间距(7.3mm)大于Ka频段的半波长(5mm)时,依然实
现在大角度扫描下不出现栅瓣,从而保证了天线的性能,实现了在小频率比的情况下通过
紧耦合和规则布阵相结合的形式使得双频收发共口径阵列天线不出现栅瓣。
时,将其等效为天线罩,即低频接收天线发出的波正常穿透。对于高频发射天线将其等效为
反射面。如图6所示,发射天线层020在上层辐射Ka频段的发射信号024,Ka频段信号在FSS层
时被反射,不进入接收天线层040。接收天线层040则在FSS下层辐射K频段的接收信号043,K
频段的信号能够在FSS层通过,因此有效提高收发隔离,降低收发相互干扰,提高共口径阵
列天线的性能。
应,如此,进一步的提高共口径阵列天线的性能。
于紧耦合馈电巴伦层010和L型馈线层050之间且发射天线层020靠近紧耦合馈电巴伦层010
设置;紧耦合馈电巴伦层010、发射天线层020和紧耦合馈电网络层070垂直互联以形成发射
天线;接收天线层040、L型馈线层050和接收天线馈电网络层090垂直互联以形成接收天线。
例如图5中的垂直互联孔300。
070、第二地层080、接收天线馈电网络层090和第三地层100。在紧耦合馈电巴伦层010之上
还依次设置有半固化片层(PP层220)和介质匹配层210。分别在紧耦合馈电巴伦层010和发
射天线层020之间、在频率选择表面层030和接收天线层040之间、在L型馈线层050和第一地
层060之间、在紧耦合馈电网络层070和第二地层080之间、在接收天线馈电网络层090和第
三地层100之间设置有介质基板层230。分别在发射天线层020和频率选择表面层030之间、
在接收天线层040和L型馈线层050之间、在第一地层060和紧耦合馈电网络层070之间、在第
二地层080和接收天线馈电网络层090之间设置有PP层220。
设置第一发射天线垂直互联孔340连通紧耦合馈电网络层070和第三地层100;设置第二发
射天线垂直互联孔350连通发射天线层020和紧耦合馈电网络层070;设置第三发射天线垂
直互联孔360连通紧耦合馈电巴伦层010和紧耦合馈电网络层070。还设置有隔离孔310。从
而形成完整的共口径阵列天线的层级结构,实现共口径阵列天线稳定可靠的收发功能。
电网络层070和接收天线馈电网络层090采用贴片的形式形成,即发射天线层020包括多个
阵列设置的发射辐射贴片021,其一个贴片对应一个紧耦合单元022。紧耦合馈电巴伦层010
中包括多个与发射辐射贴片021一一对应的紧耦合馈电巴伦贴片。接收天线层040包括多个
阵列设置的接收辐射贴片041,一个贴片对应一个接收天线单元042。L型馈线层050是包括
多个L型探针结构。
构091之间的相位差为90°。
一馈电结构071。第二馈电结构091同理。
或纵向随机组合形成一个紧耦合单元组023,每个紧耦合单元组023的相位中心也呈随机分
布,从而打破周期性,避免出现大角度扫描时容易出现栅瓣的现象。实现了在小频率比的情
况下通过紧耦合和规则布阵相结合的形式使得双频收发共口径阵列天线不出现栅瓣。从而
提高卫星通讯终端的性能。
改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。