[发明专利]一种空间太阳能电站移相天线单元

说明书

本发明提供一种空间太阳能电站移相天线单元，包括腔体顶部、腔体中部和腔体底部，所述的腔体顶部、腔体中部和腔体底部从上到下依次叠加连接，所述的腔体顶部上开有辐射缝隙；腔体底部中央设有腔体底部开孔；腔体中部内设有馈电结构和极化扭转板，馈电结构的馈电结构对称阵子支撑柱上端与极化扭转板连接，馈电结构下端与腔体底部连接；极化扭转板上侧到腔体顶部内侧距离为20.2mm。本发明具有高增益，高辐射效率，高承受功率特性的空间太阳能电站移相天线单元；本发明具有非常好的实用价值，为空间巨型发射天线阵列打下了良好的基础。

技术领域

本发明涉及天线技术领域，具体涉及一种空间太阳能电站移相天线单元。

背景技术

空间太阳能发电站是指将GEO轨道上的太阳能通过新的工程技术手段有效采集并传输到地面成为供使用的电能。这里的技术手段通常指的是无线功率传输系统，即将轨道处收集的太阳能通过微波传输的方式传到地面。无线传输系统的发射天线是该系统的一个关键部件，在高功率传输系统中，如何设计模块化、轻量化、高效率、波束指向调整方便的太空高功率巨型发射天线阵列是空间太阳能电站系统急需解决的“瓶颈”技术之一。

为了波束调整灵活，一般采用相控阵天线设计发射天线阵列。然而传统的相控阵天线，其控制相位变化的移相器最高承受功率仅在MW级别，无法适用于此高功率传输系统。因此，设计新型的可承受高功率的移相天线是现阶段的一大技术难点。

一般来讲，金属喇叭天线和反射面天线具有良好的辐射特性。然而，它们一般尺寸较大，加工工艺复杂。在2008年，有学者提出了一些微带阵列天线和SIW腔体天线。其中，天线采用连续旋转馈电结构对64阵元的天线阵列馈电，得到了良好的辐射性能。天线采用TM330和TM440模式实现高增益性能。无论怎样，以上微带天线的馈电网络由于存在介质损耗，降低了天线的辐射效率。因此，为解决此类问题，S. A. Muhammad后来提出金属的Fabry-Perot（FP）天线，通过叠加两个大小不同的FP腔体实现增益高达15.9dB的辐射性能。而中天线在更小的口径实现了大约18.5dBic的圆极化性能。本发明在上述的研究成果上进一步改进，设计出具有高增益，高辐射效率，高承受功率特性的空间太阳能电站移相天线单元，该问题的解决对于下一步空间巨型发射天线阵列的设计有着非常重要的基础作用和工程应用价值。

发明内容

为了克服现有存在介质损耗，降低了天线的辐射效率的问题，本发明提供如图1-10所示的一种空间太阳能电站移相天线单元，本发明具有高增益，高辐射效率，高承受功率特性的空间太阳能电站移相天线单元；本发明具有非常好的实用价值，为空间巨型发射天线阵列打下了良好的基础。

本发明采用的技术方案为：

一种空间太阳能电站移相天线单元，包括腔体顶部、腔体中部和腔体底部，所述的腔体顶部、腔体中部和腔体底部从上到下依次叠加连接，所述的腔体顶部上开有辐射缝隙；腔体底部中央设有腔体底部开孔；腔体中部内设有馈电结构和极化扭转板，馈电结构的馈电结构对称阵子支撑柱上端与极化扭转板连接，馈电结构下端与腔体底部连接。

所述的腔体顶部是中空铝制腔体，其外部尺寸为长140mm、宽54mm、高22.7mm、厚度为2.5mm。

所述的辐射缝隙为八条，八条辐射缝隙穿透腔体顶部的上部，且均匀分布，每个辐射缝隙的尺寸为长26.6mm、宽4mm、高2.5mm。

所述的极化扭转板为铝制栅板，其外部尺寸为长140mm、宽54mm、高2.5mm，实心轮廓宽度2.5mm，铝制栅条斜45°放置，宽度1mm，间隔1.3mm。

所述的腔体底部是中空铝制腔体，其外部尺寸为长140mm、宽54mm、高18.5mm，厚度为2.5mm，腔体底部中央设有腔体底部开孔，腔体底部开孔由两个圆柱形开孔组成，上大下小，大的半径10mm，高度6mm，小的为贯通孔，半径4.5mm，高度5mm。