[发明专利]一种双层扇形旋转结构的低副瓣扫描天线及卫星通信系统

说明书

本发明公开了一种双层扇形旋转结构的低副瓣扫描天线及卫星通信系统，该天线为平板天线结构，由位于顶部的天线本体和底部的双层扇形旋转结构的馈电网络组成。天线本体顶面辐射，背面和双层扇形旋转结构的馈电网络的上层结构固定，馈电网络的上层结构和下层结构以扇形圆心为轴相对旋转，实现波束扫描。馈电结构包括功率分配网络，通过控制分配给天线本体的功率值可实现天线波束的低副瓣设计。本发明相比现有商用卫星天线可同时拥有价格低廉、天线高度低体积小、波束副瓣电平可控、连续的波束扫描能力等优良特性。

技术领域

本发明涉及卫星通信领域，尤其涉及一种双层扇形旋转结构的低副瓣扫描天线及卫星通信系统。

背景技术

卫星通信在现代无线通信中具有十分重要的应用。它具有覆盖范围广、通信容量大、传输质量高等特点。在卫星通信系统中，同步轨道卫星系统由于其较高的性价比，相较于低轨道卫星系统有着更为广泛的应用。卫星天线用于传播通讯信号，在卫星系统中起着关键作用。对于同步轨道卫星系统，卫星需要超高的目标追踪能力，在移动通信过程中，天线波束需随着终端位置的移动实时转动指向卫星，这使得天线必须具备高的波束扫描分辨率。

扫描天线主要分为电扫描天线和机械扫描天线。有源相控阵天线是典型的电扫描天线，具有极高的相位分辨率和快速的波束追踪能力，但其中有源器件的昂贵造价使其在现阶段的商用卫星中并不实用。相对而言，透镜天线和反射阵天线价格更为低廉，并且该类大口径天线提供的高增益性能十分适用于需要长距离信号传输的卫星通信系统。然而，透镜和反射阵天线也有着扫描精度低、结构体积大、辐射效率差等不容忽视的缺陷。利用平板阵列实现的机械扫描天线很好的弥补了这些。相比前者，它可以实现连续的波束扫描，此外，低的天线高度也让平板天线在卫星通信系统中有着极高的应用优势。但该类天线的副瓣抑制效果很差。

发明内容

发明目的：本发明针对现有技术存在的问题，提供一种双层扇形旋转结构的低副瓣扫描天线及卫星通信系统。

技术方案：本发明所述的双层扇形旋转结构的低副瓣扫描天线，其平板天线结构包括位于顶部的天线本体和底部的双层扇形旋转结构的馈电网络；所述天线本体顶面辐射，背面和双层扇形旋转结构的馈电网络的上层结构固定；所述双层扇形旋转结构的馈电网络的上层结构和下层结构以扇形圆心为轴相对旋转，实现波束扫描。

进一步的，所述天线本体为N个天线单元以半波长长度等距线阵排列。

进一步的，所述天线单元为缝隙天线。

进一步的，所述双层扇形旋转结构的馈电网络为单端口输入/输出，N端口输出/输入网络；下层结构对单端口输入/输出的信号实现N个端口的功率分配，N个定向耦合器对这N个不同信号在下层结构与顶层结构间传输，顶层结构完成N个端口的相位补偿和输出/输入。

进一步的，所述N个定向耦合器在顶层结构的输出端口可以不同半径绕轴旋转；旋转后的N个输出端口与旋转前的相位差为等差数列排布。

进一步的，所述N个端口的功率分配是指利用BLASS矩阵结构，对N个输出端口分配满足天线低副瓣设计所需的功率值。

进一步的，所述N个定向耦合器为交叉缝隙定向耦合器。

进一步的，所述紧密接触可以是两层PCB板的铜层紧密接触；基片集成波导(SIW)馈电网络由上层PCB板和下层PCB板组成；上层SIW金属通孔和下层SIW金属通孔垂直分布，与耦合缝隙构成定向耦合器；上层PCB板的底部铜层只保留沿金属通孔分布的窄金属条，下层PCB板的顶部铜层挖除耦合缝隙，两铜层受力紧密相连。

进一步的，所述紧密接触可以是两层金属波导结构的紧密接触；波导馈电网络由波导结构和下层波导结构组成；上层波导的侧边金属墙与下层波导的侧边金属墙垂直分布，与耦合缝隙构成定向耦合器；上层波导的底层掏空，下层波导的顶层除挖去耦合缝隙外，还沿上层波导侧边金属墙挖漕沟，上层波导和下层波导通过漕沟内的钢珠结构紧密接触。