[发明专利]一种X波段低剖面宽赋形天线

说明书

一种X波段低剖面宽赋形天线，包括辐射贴片、上层介质板、开槽金属地、下层介质板、微带馈线层、金属空腔以及贯穿该金属空腔的第一馈电同轴线和第二馈电同轴线，辐射贴片设置于上层介质板的上表面，开槽金属地设置于所述的上层介质板和下层介质板之间，微带馈线层设置于下层介质板的下表面，通过缝隙耦合馈电方式为所述的辐射贴片馈电，外部激励源通过的第一馈电同轴线和第二馈电同轴线穿过金属空腔与微带馈线层相连接以提供馈电激励。本发明不仅解决了阵列天线宽波束赋形的高功耗、高成本和大体积问题，而且相较于同频段的常规单元微带贴片天线，扩宽了天线的横向尺寸，解决了常规高频单元微带天线由于尺寸太小而难以测量的问题。

技术领域

本发明属于卫星通信赋形天线技术领域，提出一种适用于空间资源严苛受限的微纳卫星通信测控领域应用的极低剖面宽赋形天线。

背景技术

受益于卫星批量化制造成本和运载发射成本的大幅降低，一箭多星技术和火箭重复使用技术日益成熟，以美国Starlink为代表的低轨通信星座带动了全球卫星互联网建设热潮，卫星互联网已经成为国际科技竞争的制高点。我国在2020年9月向国际电联提交了一万多颗卫星组成的“GW”星座轨道申请，标志我国卫星互联网建设进入国家统筹、全面建设时期。相比于传统的单个卫星，高容积比的卫星互联网星座系统更加复杂，对被称为“卫星生命线”的星载天线提出了更高的要求。一方面，卫星微型化的发展及卫星体积重量功耗等空间资源的极端受限，严格限制了星载天线的包络尺寸，对天线的小型化、轻量化的需求日益迫切；另一方面，大纬度范围宽覆盖对天线提出了宽覆盖赋形的性能要求。

单个天线的增益和波束宽度近似成反比例关系，宽波束赋形的单天线可以满足卫星低速测控应用要求。传统的螺旋天线由于具有圆极化宽角和易于赋形的特性成为目前国内外主要采用的星载赋形天线形式，但由于其巨大的包络尺寸已经不能满足高容积比互联网卫星应用的要求，目前X波段的螺旋天线最低剖面高度达100mm；另一种方案是采用微带天线阵列实现宽波束赋形，可以大大降低剖面高度，但是功耗大成本较高体积较大，而采用常规的单个微带天线单元迄今很难实现宽赋形，只能实现单纯展宽波束达±45°。一方面，由于常规微带天线在工作频段内仅能靠主模的两个边射简并模式辐射，波束很难展宽甚至赋形；另一方面，由于卫星通信主流频段为X波段并向着更高的K及Ka频段发展，单个微带天线尺寸极小，不易测试且极易受到星体和周围载荷的影响。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提出一种基于微带形式的X波段容性表面天线，通过减缓相速随频率变化的趋势，拉近天线的高次模与主模的谐振频率间距，使得在工作频段内不仅可以激励起一组正交的主辐射简并模式TM11，还可以同时激励起单极子模式和环形电流模式这一组正交模式，同时通过对两组辐射模式进行方向图调控，实现宽波束赋形。本发明相较于传统的螺旋天线，在极大程度上降低天线剖面的同时能够实现宽波束赋形，同时相较于同频段的单个微带天线，本发明具有合适的横向尺寸，降低天线测试难度，减弱天线受周围星体及载荷的影响。

面向空间资源严苛受限的微纳卫星通信应用，本发明提供的可用于低轨卫星低速测控系统的极低剖面、可宽赋形的容性表面天线，解决目前宽波束赋形星载天线剖面过高，尺寸过大的技术难题。

本发明的技术解决方案如下：