[发明专利]一种K/Ka双频段多波束扫描透镜天线

摘要

本发明公开了一种K/Ka双频段多波束扫描透镜天线，包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第一馈源天线阵列、第二馈源天线阵列、由至少一个FSS组成的频率选择表面单元、第一金属圆环和第二金属圆环，频率选择表面单元为圆柱形，第一金属圆环套设置在频率选择表面单元的外侧，第一金属圆环的下表面与频率选择表面单元的下表面齐平，第二金属圆环套设置在第二馈源天线阵列的外侧，第二金属圆环的上表面与第二馈源天线阵列的上表面齐平，第一馈源天线阵列位于第一金属圆环和第二金属圆环之间，第一馈源天线阵列的内侧壁与第三透镜的外侧壁贴合；优点是可以同时用于星地链路之间通信和星间链路之间通信，减少卫星的载荷，提高卫星性能。

主权项

1.一种K/Ka双频段多波束扫描透镜天线，其特征在于包括半球形的第一透镜、圆柱形的第二透镜、圆柱形的第三透镜、第一馈源天线阵列、第二馈源天线阵列、由至少一个FSS组成的频率选择表面单元、第一金属圆环和第二金属圆环，所述的频率选择表面单元为圆柱形，所述的第一馈源天线阵列为弧形，所述的频率选择表面单元、所述的第一透镜、所述的第二透镜和所述的第三透镜的直径相等且四者同轴设置，所述的第一透镜、所述的第二透镜、所述的频率选择表面单元、所述的第三透镜和所述的第二馈源天线阵列从上到下依次设置，所述的第一透镜的下表面与所述的第二透镜的上表面接触，所述的第二透镜的下表面与所述的频率选择表面单元的上表面接触，所述的频率选择表面单元的下表面与所述的第三透镜的上表面接触，所述的第三透镜的下表面与所述的第二馈源天线阵列的上表面接触，所述的第一金属圆环套设置在所述的频率选择表面单元的外侧，所述的第一金属圆环的下表面与所述的频率选择表面单元的下表面齐平，所述的第二金属圆环套设置在所述的第二馈源天线阵列的外侧，所述的第二金属圆环的上表面与所述的第二馈源天线阵列的上表面齐平，所述的第一馈源天线阵列位于所述的第一金属圆环和所述的第二金属圆环之间，所述的第一馈源天线阵列的内侧壁与所述的第三透镜的外侧壁贴合，所述的第一馈源天线阵列与所述的第一金属圆环之间的间距等于所述的第一馈源天线阵列与所述的第二金属圆环之间的间距。

2.根据权利要求1所述的一种K/Ka双频段多波束扫描透镜天线，其特征在于所述的第二馈源天线阵列为缝隙耦合天线。

3.根据权利要求2所述的一种K/Ka双频段多波束扫描透镜天线，其特征在于所述的第二馈源天线阵列包括从上到下依次设置的金属辐射贴片层、第一圆柱形介质层、金属缝隙层，第二圆柱形介质层、金属微带馈线层、空气层和圆柱形金属板，所述的第一圆柱形介质层、所述的金属缝隙层、所述的第二圆柱形介质层和所述的圆柱形金属板同轴设置；

所述的金属辐射贴片层包括以蜂窝状排布在所述的第一圆柱形介质层的上表面的n个金属辐射单元，n为大于等于7的整数；所述的金属辐射单元包括六根宽度为0.15mm的金属线，六个所述的金属线连接形成耶路撒冷十字形结构，每相邻两个所述的金属辐射单元的中心距离为8mm；

所述的金属缝隙层包括金属基板以及设置在所述的金属基板上表面的n个方环型槽，n个所述的方环型槽沿蜂窝状排布，所述的金属基板的上表面与所述的第一圆柱形介质层的下表面贴合，所述的金属基板的下表面附着在所述的第二圆柱形介质层的上表面上，所述的方环型槽由四个宽度为0.15mm的条形槽依次连接形成，所述的方环型槽的内边长为1.73mm，n个所述的方环型槽与n个所述的金属辐射单元一一对应，相对应的一个所述的方环型槽的中心与一个所述的金属辐射单元的中心位于同一竖直线上；

所述的金属微带馈线层包括n个附着在所述的第二圆柱形介质层下表面的金属微带馈电单元，所述的金属微带馈电单元包括第一微带线和第二微带线，所述的第一微带线的线宽0.43mm，所述的第一微带线的阻抗为50欧姆，所述的第二微带线的线宽0.15mm，所述的第一微带线的一端与所述的第二微带线的一端连接且两者中心线重叠，所述的第二微带线的另一端弯折90度后形成弯折部，n个所述的金属微带馈电单元与n个所述的方环型槽一一对应，当相对应的一个所述的方环型槽与一个所述的金属微带馈电单元映射到同一平面上时，该金属微带馈电单元中的第一微带线位于该方环型槽外部，该金属微带馈电单元中的第二微带线的另一端从所述的方环型槽的任意一边垂直伸入所述的方环型槽内部，该金属微带馈电单元中的弯折部位于所述的方环型槽内部；

所述的金属微带馈线层与所述的圆柱形金属板之间的间距为3mm，所述的金属微带馈线层与所述的圆柱形金属板之间填充空气形成所述的空气层；

所述的第一圆柱形介质层的半径为40mm，所述的金属基板、所述的第二圆柱形介质层和所述的圆柱形金属板半径均为50mm，第一圆柱形介质层和所述的第二圆柱形介质层的材料均是Rogers 4003c，所述的第一圆柱形介质层的厚度为0.6096mm，所述的第二圆柱形介质层的厚度为0.2032mm。

4.根据权利要求1所述的一种K/Ka双频段多波束扫描透镜天线，其特征在于所述的频率选择表面单元包括第三圆柱形介质层、第四圆柱形介质层、第五圆柱形介质层、第一层FSS、第二层FSS、第三层FSS和第四层FSS，所述的第一层FSS和所述的第四层FSS分别为带阻型FFS，所述的第二层FSS和所述的第三层FSS分别为带通型FSS，所述的第三圆柱形介质层、所述的第四圆柱形介质层和所述的第五圆柱形介质层从上到下依次间隔设置，所述的第三圆柱形介质层、所述的第四圆柱形介质层和所述的第五圆柱形介质层的材料均为相对介电常数为2.1的Teflon介质，所述的第三圆柱形介质层的厚度为2mm，所述的第四圆柱形介质层的厚度为1.5mm，所述的第五圆柱形介质层的厚度为2mm，所述的第一层FSS附着在所述的第三圆柱形介质层的上表面，所述的第二层FSS位于所述的第三圆柱形介质层和所述的第四圆柱形介质层之间，所述的第二层FSS的上表面与所述的第三圆柱形介质层的下表面接触，所述的第二层FSS的下表面与所述的第四圆柱形介质层的上表面接触，所述的第三层FSS位于所述的第四圆柱形介质层和所述的第五圆柱形介质层之间，所述的第三层FSS的上表面与所述的第四圆柱形介质层的下表面接触，所述的第三层FSS的下表面与所述的第五圆柱形介质层的上表面接触，所述的第四层FSS附着在所述的第五圆柱形介质层的下表面。

5.根据权利要求4所述的一种K/Ka双频段多波束扫描透镜天线，其特征在于所述的第一层FSS包括第一金属层，所述的第一金属层由多个沿横向和纵向等间距平铺排列的第一频率选择器件组成，所述的第一频率选择器件由六根宽度为0.2mm的金属线连接形成耶路撒冷十字形结构，每相邻两个所述的第一频率选择器件的中心间距为3mm；

所述的第二层FSS包括第一圆柱形金属基板，所述的第一圆柱形金属基板上设置有多个沿横向和纵向等间距平铺排列的第二频率选择器件，所述的第二频率选择器件为在所述的第一圆柱形金属基板上开设的上下贯通的方环形孔，每相邻两个所述的第二频率选择器件的中心间距为3mm；

所述的第三层FSS包括第二圆柱形金属基板，所述的第二圆柱形金属基板上设置有多个沿横向和纵向等间距平铺排列的第三频率选择器件，所述的第三频率选择器件为在所述的第二圆柱形金属基板上开设的上下贯通的方环形孔，每相邻两个所述的第三频率选择器件的中心间距为3mm；

所述的第四层FSS包括第二金属层，所述的第二金属层由多个沿横向和纵向等间距平铺排列的第四频率选择器件组成，所述的第四频率选择器件由六根宽度为0.2mm的金属线连接形成耶路撒冷十字形结构，每相邻两个所述的第四频率选择器件的中心间距为3mm；

所述的第一层FSS中第一频率选择器件、所述的第二层FSS中的第二频率选择器件、所述的第三层FSS中第三频率选择器件和所述的第四层FSS中的第四频率选择器件的数量相同且四者一一对应，对应的一个所述的第一频率选择器件、一个所述的第二频率选择器件、一个所述的第三频率选择器件和一个所述的第四频率选择器件的中心位于同一竖直线上。

6.根据权利要求4所述的一种K/Ka双频段多波束扫描透镜天线，其特征在于所述的第三圆柱形介质层、所述的第四圆柱形介质层和所述的第五圆柱形介质层的材料均为特氟龙。

7.根据权利要求1所述的一种K/Ka双频段多波束扫描透镜天线，其特征在于所述的第一馈源天线阵列为半模集成波导对数周期偶极子天线。