基于星載多波束天線空間立體結(jié)構(gòu)布局的對(duì)數(shù)周期饋源陣的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及星載天線技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于星載多波束天線空間立體結(jié)構(gòu)布局的對(duì)數(shù)周期饋源陣。
【背景技術(shù)】
[0002]為適應(yīng)衛(wèi)星通信容量不斷增加，以及通信衛(wèi)星用戶費(fèi)用減小等需求，通信衛(wèi)星設(shè)計(jì)者采取了多種措施，以滿足這些要求。多波束天線就是適應(yīng)這些要求而產(chǎn)生的技術(shù)。使用多波束天線，可以實(shí)現(xiàn)波束空間和極化隔離，達(dá)到多次頻率復(fù)用，從而加大了可用帶寬，使通信容量大幅度增加;使用多波束，還可以使單個(gè)波束的大面積地球覆蓋成為只集中于幾個(gè)波束內(nèi)的較小區(qū)域的覆蓋，從而增加了衛(wèi)星向地球的輻射功率通量密度，可用較小口徑的天線，提高用戶使用通信衛(wèi)星的經(jīng)濟(jì)效益。
[0003]自從20世紀(jì)70年代中發(fā)射INTELSAT(國際通信衛(wèi)星)-1VA號(hào)使用多波束天線以來，星載多波束天線技術(shù)引起了國際廣泛重視。幾十年來，星載多波束天線有了長足的發(fā)展，從只有兩個(gè)波束發(fā)展到十幾個(gè)、幾十個(gè)波束;從固定的多波束發(fā)展到可重構(gòu)的多個(gè)區(qū)域波束和可掃描波束。
[0004]根據(jù)星載多波束天線的發(fā)展，相應(yīng)的星載多波束天線饋源陣的技術(shù)也有很大的變化和進(jìn)步，重量更輕、帶寬更寬的饋源陣形式也有了多樣化的發(fā)展。以往的饋源陣陣列方式均為平面布局時(shí)排列，其結(jié)構(gòu)尺寸和占用空間較大，不利于星載天線有限空間布局的設(shè)計(jì)。
[0005]根據(jù)星載多波束天線的研制項(xiàng)目需求，申請(qǐng)人開展了星載多波束天線饋源陣方面的研究，實(shí)現(xiàn)了星載多波束天線饋源陣在星載多波束天線系統(tǒng)的首次應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為實(shí)現(xiàn)星載多波束天線饋源陣在星載多波束天線系統(tǒng)的應(yīng)用，本發(fā)明提出了一種基于星載多波束天線空間立體結(jié)構(gòu)布局的對(duì)數(shù)周期饋源陣，適用于各類遙測、通信、偵查等星載天線且可組成大口徑星載天線饋源系統(tǒng)?？臻g立體結(jié)構(gòu)布局的對(duì)數(shù)周期饋源陣，通過使用若干副對(duì)數(shù)周期偶極子天線作為饋源陣的主要饋電組件，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)饋源陣中各個(gè)對(duì)數(shù)周期雙極化天線的陣列排布方式，實(shí)現(xiàn)天線對(duì)特定區(qū)域的多波束覆蓋。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0008]所述一種基于星載多波束天線空間立體結(jié)構(gòu)布局的對(duì)數(shù)周期饋源陣，其特征在于:由五組高頻饋電單元、四組低頻饋電單元和復(fù)合材料支撐組件組成;高頻饋電單元采用工作頻段在3.6???fn的對(duì)數(shù)周期偶極子天線，低頻饋電單元采用工作頻段在???3.6f O的對(duì)數(shù)周期偶極子天線，fO和fn為對(duì)數(shù)周期饋源陣設(shè)計(jì)要求的工作頻段低頻端點(diǎn)和高頻端占.V ，
[0009]復(fù)合材料支撐組件由底板、支撐筒、中板以及高頻單元安裝板組成;支撐筒兩端分別與底板和中板固定連接，高頻單元安裝板安裝在中板上；
[0010]四組低頻饋電單元底端與底板固定連接，四組低頻饋電單元中部和中板連接，四組低頻饋電單元分別處于支撐坐標(biāo)系第一象限45°，第二象限135°，第三象限-135°，第四象限-45°位置，且四組低頻饋電單元各自的中心處于第一圓周上，所述第一圓周的圓心在支撐筒中心軸線上；四組低頻饋電單元分別朝向支撐筒中心軸線傾斜，且四組低頻饋電單元朝向支撐筒中心軸線傾斜的傾斜角相同；所述支撐坐標(biāo)系OXY的原點(diǎn)O在支撐筒中心軸線上，支撐坐標(biāo)系XY平面垂直于支撐筒中心軸線；
[0011]五組高頻饋電單元底端與高頻單元安裝板固定連接，其中四組高頻饋電單元分別處于支撐坐標(biāo)系OX正向、OY正向、OX負(fù)向、OY負(fù)向位置，且四組高頻饋電單元各自的中心處于第二圓周上，所述第二圓周的圓心在支撐筒中心軸線上;還有一組高頻饋電單元中心處于支撐筒中心軸線上;五組高頻饋電單元平行于支撐筒中心軸線;支撐筒中心軸線上的高頻饋電單元的安裝位置高于其余四組高頻饋電單元的安裝位置。
[0012]進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述一種基于星載多波束天線空間立體結(jié)構(gòu)布局的對(duì)數(shù)周期饋源陣，其特征在于:低頻饋電單元朝向支撐筒中心軸線傾斜的傾斜角為1°?5°。
[0013]進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述一種基于星載多波束天線空間立體結(jié)構(gòu)布局的對(duì)數(shù)周期饋源陣，其特征在于:支撐筒中心軸線上的高頻饋電單元的安裝位置與其余四組高頻饋電單元的安裝位置的高度差為1/20?1/10的高頻饋電單元高度。
[0014]進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述一種基于星載多波束天線空間立體結(jié)構(gòu)布局的對(duì)數(shù)周期饋源陣，其特征在于:中板以及高頻單元安裝板采用芳綸蜂窩夾層結(jié)構(gòu)板制備;支撐筒采用芳綸氰酸酯復(fù)合材料制成;底板為碳纖維鋁蜂窩夾層底板。
[0015]進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述一種基于星載多波束天線空間立體結(jié)構(gòu)布局的對(duì)數(shù)周期饋源陣，其特征在于:所述對(duì)數(shù)周期偶極子天線由輻射振子、天線集合線、空氣同軸內(nèi)導(dǎo)體饋線組件組成；
[0016]所述輻射振子為金屬型材；
[0017]所述天線集合線為橫截面為五邊形的金屬空心型材，所述五邊形由矩形和等腰三角形組成，其中等腰三角形的底邊與矩形一邊重合，所述等腰三角形頂角不大于90°;
[0018]福射振子與天線集合線焊接固定；
[0019]所述空氣同軸內(nèi)導(dǎo)體饋線組件由金屬內(nèi)導(dǎo)體、阻抗變換段和同軸接頭組成;金屬內(nèi)導(dǎo)體裝在天線集合線內(nèi)部，且不與天線集合線直接接觸;金屬內(nèi)導(dǎo)體端部與阻抗變換段固定連接，阻抗變換段與同軸接頭固定連接;所述阻抗變換段由變換段內(nèi)導(dǎo)體和變換段介質(zhì)組成;金屬內(nèi)導(dǎo)體、變換段內(nèi)導(dǎo)體和同軸接頭內(nèi)導(dǎo)體連通;阻抗變換段實(shí)現(xiàn)金屬內(nèi)導(dǎo)體到同軸接頭的阻抗變換。
[0020]進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述一種基于星載多波束天線空間立體結(jié)構(gòu)布局的對(duì)數(shù)周期饋源陣，其特征在于:支撐筒為錐形桶。
[0021]進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述一種基于星載多波束天線空間立體結(jié)構(gòu)布局的對(duì)數(shù)周期饋源陣，其特征在于:中板為方形板，中板四角有用于與低頻饋電單元中部配合的凹槽，中板中央有圓形通孔;高頻單元安裝板為十字形板，十字形板中心有用于安裝支撐筒中心軸線上的高頻饋電單元的凸臺(tái)；支撐筒壁面開有減輕孔和結(jié)構(gòu)孔。
[0022]有益效果
[0023]本發(fā)明提出的基于星載多波束天線空間立體結(jié)構(gòu)布局的對(duì)數(shù)周期饋源陣，在星上有限的空間布局要求下，通過立體結(jié)構(gòu)布局和優(yōu)化單元陣列分布，最大程度降低了天線之間對(duì)饋源陣電氣性能的互耦影響，實(shí)現(xiàn)了天線寬頻帶、高增益的多波束覆蓋要求;單元和支撐組件的結(jié)構(gòu)形式簡單、可靠性高，實(shí)現(xiàn)了良好的饋源陣剛重比要求;采用特殊的復(fù)合材料和巧妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在滿足饋源陣主體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的情況下，使支撐組件對(duì)組成的高、低頻饋電單元電性能的遮擋影響降至最低(低介電系數(shù))，并可滿足空間環(huán)境要求。
[0024]本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
【附圖說明】
[0025]本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0026]圖1:不同饋源陣陣列方式天線波束覆蓋區(qū)域?qū)Ρ龋?br>[0027]圖2:饋源陣中單元的優(yōu)化布局和安裝示意圖；
[0028]圖3:支撐組件示意圖；
[0029]圖4:三種雙極化對(duì)數(shù)周期偶極子天線集合線和輻射振子形式對(duì)比示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0031]在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”、“順時(shí)針”、“逆時(shí)針”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0032]此外、術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個(gè)或者更多個(gè)該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上，除非另有明確具體的限定。
[0033]本實(shí)施例中的基于星載多波束天線空間立體結(jié)構(gòu)布局的對(duì)數(shù)周期饋源陣由五組高頻饋電單元、四組低頻饋電單元和復(fù)合材料支撐組件組成。
[0034]復(fù)合材料支撐組件由底板、支撐筒、中板以及高頻單元安裝板組成;支撐筒兩端分別與底板和中板固定連接，高頻單元安裝板安裝在中板上。
[0035]復(fù)合材料支撐組件的作用是用于安裝、約束九副高、低頻饋電單元。設(shè)計(jì)時(shí)選擇合適的材料，進(jìn)行簡潔、合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和成型工藝，在保證饋源陣主體強(qiáng)度和剛度的情況下，盡可能增加開孔的大小和數(shù)量，最大程度保證支撐組件對(duì)饋源陣(低頻段)的透波性。對(duì)饋源陣中單元增益、方向圖等輻射性能產(chǎn)生遮擋影響的部位包括高頻單元安裝板(圖3中的十字形板)、支撐組件中板(圖3中的方形中空板)以及支撐筒。
[0036]中板為方形板，中板四角有用于與低頻饋電單元中部配合的凹槽，中板中央有圓形通孔;高頻單元安裝板為十字形板，十字形板中心有用于安裝支撐筒中心軸線上的高頻饋電單元的凸臺(tái)；底板為碳纖維鋁蜂窩夾層底板，饋源陣中板和高頻單元安裝板均采用透波性能較好的有孔芳綸蜂窩夾層結(jié)構(gòu)板制成；中心支撐筒為錐形薄壁結(jié)構(gòu)，采用透波性能較好的芳纟侖氰酸酯復(fù)合材料制成，壁厚2mm，并對(duì)其側(cè)壁增加減輕孔和結(jié)構(gòu)孔等。
[0037]經(jīng)過饋源陣產(chǎn)品的實(shí)測驗(yàn)證，支撐組件上部和側(cè)壁對(duì)饋源陣低頻段性能的遮擋影響幾乎為零，在保證饋源陣主體強(qiáng)度和剛度的情況下，實(shí)現(xiàn)了對(duì)饋源陣性能的“零遮擋”。
[0038]本實(shí)施例中的對(duì)數(shù)周期饋源陣工作頻率超過11倍頻，如果使用一組對(duì)數(shù)周期天線作為饋源陣的單元實(shí)現(xiàn)全頻段工作(如圖1中a，b，c)，饋源高度較