[发明专利]一种低剖面高度宽频带的波导阵列卫星通信天线

说明书

本发明公开了一种低剖面高度宽频带的波导阵列卫星通信天线，包括从上至下依次层叠的天线罩层、开口辐射波导阵列层和波导馈电网络层，所述波导馈电网络层包括层叠的水平极化层和垂直极化层。本发明增加了波导阵平板卫星天线的工作带宽，使其能够覆盖全球绝大多数Ku波段卫星的工作频段（10.7~14.5GHz），并进一步降低平板卫星天线的轮廓高度至50 mm，优于目前市场上类似产品。

技术领域

本发明属于微波天线技术领域，具体涉及一种低剖面高度、宽频带（10.7~14.5GHz）波导阵列卫星通信天线，尤其适用于固定安装或者移动载体（如车载、船载等）装配的Ku波段卫星通信天线。

背景技术

现卫星通信具有传输距离远、覆盖范围广、受干扰小、通信质量稳定等优点，随着全球信息化的高速发展，越来越多的信息以卫星为载体（或者中间平台）进行传输，已经成为军民两用应急通信、实时通信的重要保障。卫星通信常用电磁频谱包括C波段（4.0- 8.0GHz）、Ku波段(12-18 GHz)，以及Ka波段(26.5-40 GHz)。卫星通信系统的核心技术之一就是天线技术，而天线的物理尺寸与工作频率密切相关，一般而言，频率越低，实现同样增益所需的天线尺寸就越大，因此，C波段卫星天线的有效直径有2~3米，且带宽较窄。Ka波段由于频率很高，其物理尺寸很小，信道宽，是发展方向，但是由于其频谱过于宽泛（接近一个倍频程），想要实现单一天线覆盖整个频段及其困难，往往需要将上行、下行天线分开设计。因此，市场对于使用单一天线就能覆盖整个Ku波段的卫星天线仍有巨大需求。

卫星天线形式主要有反射面天线、透镜天线和相控阵天线、平板波导阵天线等。移动载体上的反射面天线需要伺服系统，体积和重量较大，且对星速度较慢；透镜天线无馈源遮挡，剖面高度较低、虽然有很好地发展前景，但目前天线效率还不占优势；相控阵天线体积小，可以波束赋形，但大角度电扫描时有增益损失、且制造及维护成本很高；相对而言，平板波导阵天线具备剖面低、口面效率高、伺服系统简单的优势，更加适合在移动载体上使用。

对于平板波导阵天线的研究目前国内外都比较关注，例如，韩国的IDOIT公司在专利PCT/KR2008/001008和PCT/KR2008/005145中公开了一种波导喇叭阵平板天线。其辐射层采用具有内收倾斜面特征的喇叭状波导，为保证波导天线的增益和工作带宽，该天线单元采用了坡度较缓的倾斜口面来实现其馈电口与辐射口的阻抗匹配，该设计使得天线的总体轮廓高度比较厚，而且较大尺寸的喇叭辐射口使得天线总体的辐射方向图有较差的旁瓣。其后，该公司在专利PCT/KR2008/003036中进一步公开了一种在喇叭波导口面加装金属网格的方案，该设计增加了产品复杂度和生产成本。另外，IDOIT公司在这些平板波导阵天线的专利中也公布了波导馈电网络，这些波导网络的无线信号的通道较为狭窄，对于实际加工和电镀生产都很困难，且其若干设计细节也使得波动阵天线的工作带宽受到了很大限制，往往只能用于接收窄带的电视信号。美国专利NO. 5,872,545公开了一种多层平板堆叠的类似波导阵天线，其基本结构有三层，一层为开口辐射单元阵列，两层为馈电网络层，馈电网络层可以是微带线，平行波导，传输线，或者是它们的组合。美国Raysat公司在专利PCT/BG2004/000011，US 7,307,586 B2和US 2006/0152414 A1中也公开了一种平板卫星天线，该天线通过堆叠多层开口金属板形成辐射通道，再利用上下间隔分离的两层微带线进行双极化馈电，但是微带线馈电的介质损耗大，天线辐射效率也较低。德国QEST公司在专利PCT/EP2010/002645和PCT/EP2013/001923中公布了一种喇叭天线阵平板卫星天线，通过对喇叭单元加载对称脊扩展工作带宽，通过多台阶设计实现辐射口与自由空间的阻抗匹配。该公司后来在专利PCT/EP2013/001939中进一步公布了综合运用悬置微带线和波导网络进行馈电的方式，但其结构复杂，总体厚度较大。