UHF/S双频段相控阵天线

摘要

UHF/S双频段相控阵天线，包括UHF天线、S天线、支撑杆、UHF/S分路器、合路器、移相器、双通道旋转关节、方位电机、伺服主控板；伺服主控板连接并控制方位电机和双通道旋转关节带动天线辐射体的方位面对准卫星；天线辐射体中的UHF天线由两个四臂螺旋天线组成，S天线由四个四臂螺旋天线组成，S天线放置与两个UHF天线中间；两个UHF天线上下两层以45°仰角放置，四个S天线组成2X2阵列亦以45°仰角放置于两层UHF天线的中间位置。

说明书

一.技术领域

本发明涉及一种应用于移动卫星通信中的UHF/S双频段相控阵天线，属于有源器件中小型 化双频段相控阵天线研究技术领域。

二.背景技术

现有技术公开了如CN201310130004，双频段天线系统，包括：水平极化天线阵列，被配 置成在多个频率处同时工作；和垂直极化天线阵列，耦合至所述水平极化天线阵列，且被配置 成在与所述水平极化天线阵列在所述多个频率处同时工作；以及天线选择器，被配置成以所述 水平极化天线阵列。

又如CN201310302304双频段LTE MIMO天线，与无线通信系统一起使用的多输入多输出天 线的实施例。

CN200810129798双频段层叠贴片天线，双频段层叠贴片天线的一个或多个实施例采用了 全球定位系统(GPS)天线和卫星数字音频无线电服务(SDARS)天线的集成装置。该双频段天线接 收第一频带内的右手圆极化GPS信号。但未见涉及移动卫星通信中的UHF/S双频段相控阵天线。

卫星通信的发展，为“任何时间、任何地点、任何人”无障碍通信理想的实现提供了可能 性。同时也对卫星移动通信地球站的小型化和移动性提出了更高的要求，能否真正实现“动中 通”，天线是一个关键性的因素。相控阵天线作为一种跟踪速度快、电气性能好、可靠性高且 便于和载体共形安装等特点的天线形式，在卫星移动通信各类站型天线中得到广泛使用。

近年来出现的极化复用、频率复用等新技术无一不是针对天线及其馈电系统的。多波束技 术使一副天线系统同时针对多颗卫星，实现一站多用，既可改变地球站布局降低地球站的成本， 又可为地球站应用提供更多的灵活性。其科技价值、经济效益和社会效益将是极为可观的。基 于此本发明提出一种新型UHF/S双频段相控阵天线。

三.发明内容

本发明目的是，提出一种新型UHF/S双频段相控阵天线。本发明天线主要针对目前市场应 用较为广泛的移动卫星通信地球站，可有效提高地球站“动中通”情况下的通信性能，并大大 减小天线安装面积。

本发明的技术方案是，UHF/S双频段相控阵天线，包括UHF天线、S天线、支撑杆、UHF/S 分路器、合路器、移相器、双通道旋转关节、方位电机、伺服主控板；伺服主控板连接并控制 方位电机和双通道旋转关节带动天线辐射体的方位面对准卫星；天线辐射体中的UHF天线由两 个四臂螺旋天线组成，S天线由四个四臂螺旋天线组成，S天线放置与两个UHF天线中间；两 个UHF天线上下两层以45°仰角放置，四个S天线组成2X2阵列亦以45°仰角放置于两层UHF 天线的中间位置。

俯仰面通过移相器改变单元相差，调整波束指向始终对准卫星。

两层UHF天线均由竖直的框架支承，而竖直的框架上设有斜支杆，在斜支杆上安装四个 S天线。

方位面采用机械跟踪，俯仰面通过移相器改变单元相差，调整波束指向始终对准卫星。天 线辐射体分为两部分，如图1所示。

天线阻抗匹配电路隐藏在天线辐射体内部。

本发明的有益效果：应用本方案的移动卫星通信地球站研发中，天线设计需充分考虑安装 占地面积尽量小、天线辐射单元小型化、高增益、双频共用等要求。天线工作在UHF和S两个 频段，能够满足两种卫星通信体制要求。

本天线与现有天线技术相比较，本发明天线采用垂直放置的一维相控阵天线，有效提高了 波束跟踪能力、减小了天线的安装面积。

UHF和S天线上下叠层布局，完成相控阵天线的双频段设计，有效利用了天线内部空间， 实现了小型化设计。

天线单元采用宽带匹配技术使其具有较宽工作频段，无论在UHF频段还是S频段都能够满 足卫星通信收发两个频段的工作要求；

天线阻抗匹配电路隐藏在天线下方，并且尺寸较小，与天线一体化设计之后，有效减小了 天线的尺寸；

该天线增益高、跟踪速度快，增强了移动卫星通信地球站的“动中通”通信能力；

天线结构简单，易于实现，天线重量轻，有效降低了对安装的要求。通过方位电机转动控 制方位面波束指向，两频段天线均以相同的方向控制。合路器电信号的合路：将UHF频段和S 频段信号合为一路以及天线发射体封装在天线罩和底座之间，天线整体圆柱形也均是本发明保 证良好效果的方案设计。

四.附图说明

图1为UHF/S双频段相控阵天线结构示意图。

五.具体实施方式

UHF/S双频段相控阵天线设计示意图如图1所示。图中标记如下：

1A,1B:UHF频段四臂螺旋天线；

2A，2B,2C,2D：S频段四臂螺旋天线；

3A,3B,3C：介质支撑杆；

4A,4B：UHF/S合路器；

5：方位电机；

6：双通道旋转关节；

7A,7B：UHF/S分路器；

8A,8B：UHF频段移相器；

9A,9B：S频段移相器；

10：伺服主控板；

11，12，13，14，15，16，17，18：电缆。

本发明UHF/S双频段相控阵天线由UHF天线、S天线和支承架组成天线辐射体、支撑杆、 UHF/S分路器、合路器、移相器、天线阻抗匹配电路、双通道旋转关节即两个旋转关节、方位 电机、伺服主控板等几部分组成。伺服主控板连接并控制方位电机和双通道旋转关节带动天线 辐射体的方位面(整个天线面的旋转方向调节，采用现有技术，可通过直流电机或步进电机进 行调节)对准卫星；天线辐射体中的UHF天线由两个四臂螺旋天线组成，S天线由四个四臂螺 旋天线组成，S天线放置与两个UHF天线中间；两个UHF天线上下两层以45°仰角放置，四个 S天线组成2X2阵列亦以45°仰角放置于两层UHF天线的中间位置。俯仰面通过移相器改变单 元相差，调整波束指向始终对准卫星，为现有技术。

UHF和S天线的常用规格如下：UHF频段伞状天线，高度450mm，直径400mm，增益大约 4-7dBi都有，背腔天线直径大于400mm，高度70mm左右，增益大于7dBi。S频段微带天线， 直径100mm，高度10mm，增益大于7dBi，四臂螺旋天线直径15mm，高度200mm，增益大于3dBi， 单绕螺旋天线，直径50mm左右，高度40mm，增益大于8dBi。以上规格的天线可用于本发明。

两层UHF天线均由竖直的框架支承，而竖直的框架上设有斜支杆，在斜支杆上安装四个 S天线。

天线阻抗匹配电路隐藏在天线辐射体内部。

上层的UHF天线(1A)和S天线中两个四臂螺旋天线(2A,2B)通过合路器(4A)合为一 路通过旋转关节(6)输出，然后再通过分路器(7A)分成两路分别给UHF和S频段的移相器 (8A和9B)；下方的UHF天线(1B)和S天线另外两个四臂螺旋天线(2C,2D)通过合路器(4B 线束合并)合为一路通过旋转关节(6)输出，然后再通过分路器(7B，线束分开)分成两路 分别给UHF和S频段的移相器(8B和9A)。主控板通过控制移相器的移向量改变俯仰面波束指 向，通过方位电机转动控制方位面波束指向(两频段天线均以相同的方向控制)。

合路器电信号的合路；电信号合路，将UHF频段和S频段信号合为一路，线束最好不要分 开和合并，分路器有一个输入两个输出，合路器相反，每条线代表一个输入或输出。

天线发射体封装在天线罩和底座之间，天线整体成高度900mm以下、直径260mm之 内的圆柱形。