[发明专利]带有频选结构的频段共享口径的四频高增益天线

说明书

技术领域

本发明涉及卫星通信天线技术领域，特别涉及一种带有频选结构的频段共享口径的四频高增益天线。

背景技术

伴随着Ka频段同步卫星的发射，卫星地面移动通信业务将逐步向Ka频段(Tx:29.4～31.0GHz；Rx:19.6～21.2GHz)逐步推进。由于Ka频段与目前普遍使用的动中通频率相比高出了许多，大量的现有成熟技术无法直接应用到Ka频段的天线上，因此需要进行大量的研究工作，主要集中在天线形式和微波网络器件的研究。鉴于现有主要通信还集中在Ku频段(Tx:14.0～14.5GHz；Rx:12.25～12.75GHz)，为了实现平稳过渡，Ku/Ka四频双极化动中通天线将会成为下阶段动中通天线的主要形式之一。

其中，对于Ku/Ka四频双极化动中通天线现有的解决方案是使用Ku/Ka四频反射面天线或者Ku/Ka四频平板阵列天线。然而，反射面天线体积大、质量重，反射表面为曲面结构，在加工制作时需要保持极好的表面光滑度，导致加工要求高，制作困难。尤其在Ka高频段，更是对加工精度提出了巨大的挑战。而对于Ku/Ka四频平板阵列天线，其解决方案一般为使用多块天线面板拼装而成，每一个特定面板实现特定频段的覆盖。然而，这种方案必将会造成天线制造成本以及天线占用面积的上升，不符合天线低成本和小型化的发展趋势。

为了弥补反射面天线以及平板相控阵各自不足之处，相关技术中提出了微带平面反射阵的概念。但是由于微带阵列固有的特点，其增益带宽一般较窄。传统的微带反射阵设计将不能有效的同时覆盖Ku/Ka四个所需频段。也就是说直接设计一款超宽带反射阵同时覆盖Ku/Ka频段是不太现实的。一个可行的方法是设计一款多频反射阵以实现Ku/Ka频段的覆盖。然而比较遗憾的是，现有的多频反射阵设计报道较少。迄今为止，高于三个频段的反射阵鲜有报道。原因之一在于研究人员不能找到性能优越的单元结构以实现Ku/Ka频段的相位补偿。因此，如何实现使用微带平面反射阵同时覆盖Ku/Ka频段成了工业界和学术界的重难点。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种带有频选结构的频段共享口径的四频高增益天线，该天线可以实现Ku频段与Ka频段共享口径，节约天线占用面积，增加了天线利用率，降低天线重量和制造成本。

为达到上述目的，本发明实施例提出了一种带有频选结构的频段共享口径的四频高增益天线，包括：至少一个初级馈源，用于发射和接收电磁波；调相阵面，用于将所述至少一个初级馈源发射的球面波转换为第一平面波，或者接收第二平面波并汇聚到所述至少一个初级馈源内；天线支撑结构，所述天线支撑结构分别与所述至少一个初级馈源和所述调相阵面相连，用于固定所述至少一个初级馈源与所述调相阵面的相对位置。

本发明实施例的带有频选结构的频段共享口径的四频高增益天线，具有重量轻、剖面低、成本低的优点，实现了Ku频段与Ka频段共享口径，节约天线占用面积，增加了天线利用率，降低天线重量，并且可以应用于卫星通信场景，包括移动式场景，以及也可以应用于其他通信、雷达等场景。

另外，根据本发明上述实施例的带有频选结构的频段共享口径的四频高增益天线还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述调相阵面包括：第一介质板，所述第一介质板的上表面和下表面分别设置有第一金属电路图案和第二金属电路图案，且所述第一金属电路图案包括第一类调相单元和第二类调相单元，其中，所述第一类调相单元通过旋转单元角度补偿第一频段相位，所述第二类调相单元通过变化单元尺寸补偿第二频段相位；第一泡沫层；第二介质板，所述第二介质板的上表面设置有第三金属电路图案，以通过所述第三金属电路图案和所述第二金属电路图案对电磁波频率进行空间选择；第二泡沫层；第三介质板，所述第三介质板的上表面设置有第四金属电路图案，以通过对所述第四金属图案的大小进行调整，进而获取第三频段相位和第四频段相位；第三泡沫层和金属地板。

可选地，在本发明的一个实施例中，初级馈源为抛物面天线的馈源天线。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述初级馈源在Ka频段为双圆极化形式，且在Ku频段为双线极化形式。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述第一金属电路图案为边角带有切口的方形贴片与切口圆环组合得到，其中，边角带有切口的方形贴片为所述第一类调相单元，且切口圆环为所述第二类调相单元。