[发明专利]基于介质加载的具有均匀等通量辐射特性的圆极化天线

说明书

本发明公开了一种基于介质加载的具有均匀等通量辐射特性的圆极化天线，具体包括多槽加载空腔介质透镜和辐射源，所述多槽加载空腔介质透镜置于辐射源上方；所述多槽加载空腔介质透镜包括介质实体、堆叠圆台空气腔、第一渐变环形槽、第二渐变环形槽和圆柱空气腔；所述堆叠圆台空气腔包括倒置圆台空气腔和正置圆台空气腔；所述辐射源包括圆形贴片、圆形介质基板、圆形地板和馈电端口，所述每个馈电端口均包括内导体和外导体。通过采用所述堆叠圆台空气腔的介质透镜结构使辐射源实现了等通量的辐射模式，而通过采用渐变环形槽实现了等通量模式下增益随频率变化稳定的特性，该结构天线非常适合小型卫星通信应用场合。

技术领域

本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种具有均匀等通量辐射特性的介质透镜天线。

背景技术

卫星通信的迅速发展，在国防，军事，民用以及现代化战争中起到了举足轻重的作用，比如卫星气象监测，遥感遥测和用于军事或民用的高空探测等。作为卫星通信系统的主要载体，圆极化天线以其良好的抗干扰能力成为首选。

在卫星通信系统中，不仅对交叉极化有较高的要求，还经常需要对地球一定区域实现稳定的覆盖，与地面实现稳定连接。但由于地球是球体，对通信卫星来说，尤其是低轨卫星，当进行大角度波束扫描时，由于远近效应的影响，在覆盖范围内会有不同的链路损耗。为了补偿这种差异，需要一种等通量的覆盖模式，即在低仰角处的增益要比中心增益更高，以此实现对覆盖区域提供统一的功率电平，这对于链路的稳定和任务的精确意义重大。另外，随着无线电技术的不断发展以及小卫星技术的不断成熟，卫星的质量越来越小。得益于其成本较低，制作周期较短的优点，越来越多的卫星应用开始使用小型卫星，这导致卫星的有效载荷面积越来越小。传统天线存在设计复杂，成本较高，体积较大或者无法在覆盖范围内实现所需波束的一些不足，使其无法适用于低成本的小型卫星通信系统。一些能够满足等通量需求的小型天线存在增益补偿效果随频率恶化较大缺点，而使得覆盖的频点较少。因此，有必要设计一种小型化的圆极化等通量天线同时具有较好的增益稳定性。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明设计了一种基于介质加载的具有均匀等通量辐射特性的圆极化天线，包括：多槽加载空腔介质透镜和辐射源，所述多槽加载空腔介质透镜设置于辐射源的上方；所述多槽加载空腔介质透镜包括介质实体、堆叠圆台空气腔、第一渐变环形槽、第二渐变环形槽和圆柱空气腔，所述堆叠圆台空气腔位于圆柱空气腔正上方，所述多槽加载空腔介质透镜从内到外依次为圆柱空气腔、介质实体、第二渐变环形槽和第一渐变环形槽，所述堆叠圆台空气腔包括倒置圆台空气腔和正置圆台空气腔；

所述辐射源包括自上而下依次设置的圆形贴片、圆形介质基板、圆形地板和馈电端口，所述馈电端口为四个，所述每个馈电端口均包括内导体和外导体；所述倒置圆台空气腔位于正置圆台空气腔的上方；所述正置圆台空气腔位于圆柱空气腔的上方；所述倒置圆台空气腔和正置圆台空气腔的尺寸不同；所述倒置圆台空气腔的上表面与多槽加载空腔介质透镜的上表面齐平；所述倒置圆台空气腔的下表面与正置圆台空气腔的上表面齐平；所述正置圆台空气腔的下表面与圆柱空气腔上表面齐平；所述圆柱空气腔的下表面与多槽加载空腔介质透镜的下表面齐平；

所述第一渐变环形槽和第二渐变环形槽的剖面均为倒梯型结构，自上而下槽的宽度逐渐变窄。

所述第一渐变环形槽和第二渐变环形槽均为封闭环形槽，所述第一渐变环形槽左侧面距离所述多槽加载空腔介质透镜左侧面的介质壁厚自上而下逐渐递增；所述第二渐变环形槽左侧面与所述第一渐变环形槽右侧面有一定的介质壁厚度，所述第二渐变环形槽左侧面距离所述第一渐变环形槽右侧面的介质壁厚自上而下从逐渐递增。

所述第一渐变环形槽和第二渐变环形槽上表面与所述多槽加载空腔介质透镜上表面间具有一定厚度的介质，所述第一渐变环形槽和第二渐变环形槽下表面与所述多槽加载空腔介质透镜下表面间具有一定厚度的介质。

所述馈电结构的内导体与圆形贴片相连接，所述外导体与地板相连接。