[发明专利]一种高增益北斗通信喇叭天线及设计方法

说明书

本发明涉及北斗卫星通信技术领域，公开了一种高增益北斗通信喇叭天线及设计方法。高增益北斗通信喇叭天线的设计方法，包括如下步骤：步骤1.根据喇叭天线设计原理，对喇叭天线的波导和喇叭口的尺寸进行设计，以满足应用于北斗三号收发短报文的通信天线其特定工作频段以及增益需求；步骤2.使用天线仿真软件进行射频输入接口的阻抗匹配与参数优化，以满足天线在北斗三号收发短报文工作频段内的阻抗匹配；步骤3.对高增益北斗通信喇叭天线进行折叠结构设计。本发明设计的喇叭天线能同时实现北斗区域短报文通信系统的L波段的发射与S波段的接收功能，有效地解决了北斗通信信号的高增益收发的技术难题。

技术领域

本发明涉及北斗卫星通信技术领域，尤其涉及一种高增益北斗通信喇叭天线及设计方法。

背景技术

北斗卫星导航系统是我国着眼于国家安全和经济社会发展需要，完全自主建设、独立运行的全球卫星导航系统。北斗系统创新融合了导航与通信能力，其中，通信服务是北斗系统区别于GPS、伽利略、GLONASS等其他全球卫星导航系统的特色功能。

2020年，北斗三号系统全面建成。北斗三号系统是由3GEO+3IGSO+24MEO构成的混合导航星座，北斗三号系统继承有源服务和无源服务两种技术体制，利用3颗GEO卫星能够为中国及周边地区用户提供区域短报文通信服务。

目前，对于北斗短报文L波段的定向发射以及S波段的定向接收，广泛采用对数周期天线。然而，目前L波段与S波段广泛采用的对数周期天线增益普遍在10dB以下，因而无法适应GEO卫星强弱区域宽动态信号的收发。为了克服现有技术存在的缺点和不足，迫切需要设计出一种能够同时工作在北斗收发频段并且满足相应频段高增益需求的天线。

发明内容

本发明的目的在于提出一种高增益北斗通信喇叭天线设计方法，以获得能够同时实现北斗短报文L波段的发射与S波段的接收功能的高增益北斗通信喇叭天线。

本发明为了实现上述目的，采用如下技术方案：

一种高增益北斗通信喇叭天线的设计方法，包括如下设计步骤：

步骤1. 首先根据喇叭天线设计原理，对喇叭天线的波导和喇叭口的尺寸进行设计，以满足应用于北斗三号收发短报文的通信天线其特定工作频段以及增益需求；

北斗短报文L波段发射信号的中心频率为1.6GHz， S波段接收信号中心频率为2.5GHz；

根据北斗通信天线在发射频率1.6GHz时天线增益16dB以上，接收频率2.5GHz时天线增益20dB以上的增益设计要求，选取同时适用于L波段与S波段的矩形波导；

经由高增益北斗通信喇叭天线的设计方法设计的高增益北斗通信喇叭天线包括：

矩形波导、喇叭口以及射频输入接口；

其中，矩形波导与喇叭口的小口径端相连，射频输入接口设置于矩形波导上；

喇叭口包括沿周向方向依次设置并连接的四个梯形侧壁面，四个梯形侧壁面两两相对；

定义与喇叭天线的E面相对应的一组梯形侧壁面为E侧壁面；

定义与喇叭天线的H面相对应的另一组相对的梯形侧壁面为Ｈ侧壁面；

根据天线设计要求的增益设置目标增益，计算出喇叭口的尺寸参数；

首先定义在喇叭口的大口径端处E侧壁面的边长以及H侧壁面的边长分别为D_E和D_H；

定义两个Ｅ侧壁面延长后的交线与喇叭口的大口径端面之间的垂线距离为R_E，定义两个H侧壁面延长后的交线与喇叭口的大口径端面之间的垂线距离为R_H；