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CN114498025A - 一种龙伯透镜天线及空间星载平台 - Google Patents

一种龙伯透镜天线及空间星载平台 Download PDF

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CN114498025A
CN114498025A CN202210104874.6A CN202210104874A CN114498025A CN 114498025 A CN114498025 A CN 114498025A CN 202210104874 A CN202210104874 A CN 202210104874A CN 114498025 A CN114498025 A CN 114498025A
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CN
China
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spherical
luneberg lens
core
antenna
array
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Pending
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CN202210104874.6A
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English (en)
Inventor
郝文倩
李姣
张虎勇
李果
樊薇曦
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CETC 39 Research Institute
Original Assignee
CETC 39 Research Institute
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/50—Structural association of antennas with earthing switches, lead-in devices or lightning protectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H—ELECTRICITY
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/02—Refracting or diffracting devices, e.g. lens, prism

Landscapes

  • Aerials With Secondary Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种龙伯透镜天线及空间星载平台，包括：龙伯透镜，馈源阵列和测试平台；所述龙伯透镜，安装在所述测试平台上，其整体为球形结构，具有多层球壳和一个球核，该球核设置球形结构的中心位置，该层球壳的内表面包覆临层球壳的外表面；所述馈源阵列，其包含阵列式的多个馈源，各馈源均沿最外层的球壳分布设置，且各馈源的中心轴均过所述球核的球心；所述测试平台，用于安装所述龙伯透镜，并为所述龙伯透镜提供仰角转动和平面转动。本发明实施例通过球核、多层球壳结构配合材料的选择能够有效降低天线的尺寸和重量，同时将馈源阵列中心轴对准球核的球心能够保证天线的整体性能，本示例的龙伯透镜天线尤其适用于空间星载环境。

Description

一种龙伯透镜天线及空间星载平台
技术领域
本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种龙伯透镜天线及空间星载平台。
背景技术
随着卫星通信技术、雷达导航技术、宇航通信、遥测遥感等技术的快速发展，应用于各种不同场合的天线，对其提出了不同的特殊要求。多目标跟踪天线需要天线自身具有较高的方向性性能，大范围内较快的跟踪速度以及较小的波束延迟性；地面站卫星通信需要天线具有宽频带；数字卫星天线需要天线具有一线多星功能；遥测遥感和汽车防撞雷达等领域则需要高效率低成本多波束天线。
目前常用的多波束天线有两种，分别是抛物面天线和相控阵天线。抛物面天线只有一个焦点，致使难以实现一个天线的多星通信，并且结构繁重，不利用星载环境。相控阵天线可以实现天线扫描性能，但是由于自身物理性状的限制，波束覆盖范围一般为±45°以内，且存在扫描损耗和盲点。此外有源相控阵中大量的T/R组件使得其设计和制作的成本高，难以运用到一般卫星通信领域。
发明内容
本发明实施例提供一种龙伯透镜天线及空间星载平台，用以提出一种小体积，低损耗的星载龙波透镜天线。
本发明实施例提出一种龙伯透镜天线，包括：龙伯透镜，馈源阵列和测试平台；
所述龙伯透镜，安装在所述测试平台上，其整体为球形结构，具有多层球壳和一个球核，该球核设置球形结构的中心位置，该层球壳的内表面包覆临层球壳的外表面；
所述馈源阵列，其包含阵列式的多个馈源，各馈源均沿最外层的球壳分布设置，且各馈源的中心轴均过所述球核的球心；
所述测试平台，用于安装所述龙伯透镜，并为所述龙伯透镜提供仰角转动和平面转动。
在一些实施例中，所述龙伯透镜，各层球壳均由两个半球形子壳拼接而成，且最外层的球壳的一个子壳上设置有支耳；
所述支耳，用于为喇叭支架提供安装凸起；
所述喇叭支架，用于安装所述馈源阵列，以使得各馈源的中心轴均过所述球核的球心，以及，为所述测试平台提供安装接口。
在一些实施例中，所述馈源阵列整体呈锥形结构；
所述喇叭支架，设置有与馈源阵列整体的锥形结构契合的开口。
在一些实施例中，各层球壳以及球核的介电常数不同，且沿球核向外，球核以及各层球壳的介电常数逐渐减小。
在一些实施例中，所述龙伯透镜包括四层球壳，其中沿球核向外各层球壳的介电常数分别满足：1.9-2.0、1.7-1.8、1.6-1.7、1.4-1.5、1.2-1.3。
在一些实施例中，各层球壳的尺寸采用过渡配合。
在一些实施例中，各层球壳以及球核采用聚酰亚胺泡沫制成。
在一些实施例中，所述馈源阵列的阵列式的多个馈源，且相邻馈源之间的夹角满足4°-8°。
在一些实施例中，各层球壳的直径满足Φ79.4mm～Φ202.6mm。
本发明实施例还提出一种空间星载平台，包括如本公开各实施例所述的龙伯透镜天线。
本发明实施例的龙伯透镜天线的龙伯透镜具有多层球壳和一个球核，该球核设置球形结构的中心位置，该层球壳的内表面包覆临层球壳的外表面。馈源阵列，其包含阵列式的多个馈源，各馈源均沿最外层的球壳分布设置，且各馈源的中心轴均过所述球核的球心。通过多层结构设计配合材料的选择能够有效降低天线的尺寸和重量，同时将馈源阵列中心轴对准球核的球心能够保证天线的整体性能。本示例的龙伯透镜天线尤其适用于空间星载环境。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明实施例的龙伯透镜天线整体结构示意图；
图2为本发明实施例的馈源阵列部分结构示意图；
图3为本发明实施例测试平台部分结构示意图；
图4为本发明实施例喇叭支架部分结构示意图；
图5为本发明实施例的龙伯透镜部分结构示意图；
图6、图7为本发明实施例远场辐射方向图实测结果。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本发明实施例提供一种龙伯透镜天线，如图1、图2所示，包括：龙伯透镜1，馈源阵列2和测试平台3。
所述龙伯透镜1，安装在所述测试平台3上，其整体为球形结构，具有多层球壳和一个球核，该球核设置球形结构的中心位置，该层球壳的内表面包覆临层球壳的外表面。
所述馈源阵列2，其包含阵列式的多个馈源21，各馈源均沿最外层的球壳分布设置，且各馈源的中心轴均过所述球核的球心。
所述测试平台3，用于安装所述龙伯透镜1，并为所述龙伯透镜提供仰角转动和平面转动。如图3所示，具体的测试平台3的可以采用三维角位台，下方为俯仰转动，转动范围为±10°，上方为方位转动，转动范围为360°，满足测试±6°的需求，并且方位轴在上方，避免了两轴转动的耦合。
本发明实施例的龙伯透镜天线的龙伯透镜具有多层球壳和一个球核，该球核设置球形结构的中心位置，该层球壳的内表面包覆临层球壳的外表面。馈源阵列，其包含阵列式的多个馈源，各馈源均沿最外层的球壳分布设置，且各馈源的中心轴均过所述球核的球心。通过多层结构设计配合材料的选择能够有效降低天线的尺寸和重量，同时将馈源阵列中心轴对准球核的球心能够保证天线的整体性能。本示例的龙伯透镜天线尤其适用于空间星载环境。
在一些实施例中，所述龙伯透镜1，各层球壳均由两个半球形子壳拼接而成，且最外层的球壳的一个子壳上设置有支耳16。具体的如图1所示，支耳16的数量可以是两个，所述支耳16，用于为喇叭支架22提供安装凸起。支耳16厚度可以是20mm，具安装凸起可以设置开孔，孔径可以是8mm，通过开孔与喇叭支架连接完成安装。
所述喇叭支架22，用于安装所述馈源阵列2，以使得各馈源21的中心轴均过所述球核的球心，以及，为所述测试平台提供安装接口。如图1所示，喇叭支架22的一端还连接有固定板23，通过固定板23为测试平台3提供安装接口。
在一些实施例中，如图2所示，所述馈源阵列2整体呈锥形结构。如图4所示，所述喇叭支架22，设置有与馈源阵列整体的锥形结构契合的开口24。该开口24可以是矩形，具体可以按照馈源阵列2所需的与龙伯透镜1的距离来确定开口24的大小，以实现馈源阵列2的至少部分可以穿过开口24。如图2所示，馈源阵列2还可以设置安装板25，并在安装板25上对应位置设置开孔，并通过螺栓与喇叭支架22固定。
在一些实施例中，所述龙伯透镜包括四层球壳，球核以及各层球壳的介电常数不同，且沿球核向外，球核以及各层球壳的介电常数逐渐减小。如图5所示，龙伯透镜包括球核11以及四层球壳(12、13、14、15)，球核11以及四层球壳(12、13、14、15)的介电常数逐渐减小，球核11的介电常数最大，最外层的球壳15的介电常数最小。在一些实施例中，各层球壳的直径满足Φ79.4mm～Φ202.6mm。这样的设计可以有效提高天线的效率，使龙波透镜天线的效率达到60％左右。
在一些实施例中，各层球壳以及球核采用聚酰亚胺泡沫制成。通过选用聚酰亚胺泡沫能够极大降低天线的整体重量。在一些实施例中，沿球核向外各层球壳的介电常数分别满足：1.9-2.0、1.7-1.8、1.6-1.7、1.4-1.5、1.2-1.3。例如在一些具体的示例中球核到最外层球壳的材料介电常数依次可以为1.91，1.79，1.64，1.47，1.29。在一些实施例中，各层球壳的尺寸采用过渡配合。具体的本实施例的龙伯透镜1不引入其他材料，仅采用聚酰亚胺泡沫实现，并且仅靠层与层之间的摩擦进行定位。具体的，还可以在最外层的半球壳周向刻槽，槽内使用聚酰亚胺绳进行捆扎，形成整球，从而保证整个龙波透镜结构的稳定性。
在一些实施例中，所述馈源阵列的阵列式的多个馈源，且相邻馈源之间的夹角满足4°-8°。具体的，如图5所示，本示例中馈源阵列2包括3*3的9个馈源，相邻馈源之间设置有预设的夹角，例如预设夹角可以是6°。
本发明球形龙伯透镜天线实测结果参照图6、图7，与现有技术相比，本发明的天线解决了馈源的偏焦问题，可实现单个天线同时接收数个卫星信号，同时避免了复杂的T/R组件，整体尺寸小，并且结构简单。本发明的龙伯透镜天线解决了传统天线波形随角度变化的问题，保证其出射和入射波束的完全一致性，并且无扫描盲区。本发明打破了传统龙伯透镜天线使用的局限性，特殊的结构设计与新型材料搭配可满足空间环境的特殊性。
本发明实施例还提出一种空间星载平台，包括如本公开各实施例所述的龙伯透镜天线。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种龙伯透镜天线，其特征在于，包括：龙伯透镜，馈源阵列和测试平台；
所述龙伯透镜，安装在所述测试平台上，其整体为球形结构，具有多层球壳和一个球核，该球核设置球形结构的中心位置，该层球壳的内表面包覆临层球壳的外表面；
所述馈源阵列，其包含阵列式的多个馈源，各馈源均沿最外层的球壳分布设置，且各馈源的中心轴均过所述球核的球心；
所述测试平台，用于安装所述龙伯透镜，并为所述龙伯透镜提供仰角转动和平面转动。
2.如权利要求1所述的龙伯透镜天线，其特征在于，所述龙伯透镜，各层球壳均由两个半球形子壳拼接而成，且最外层的球壳的一个子壳上设置有支耳；
所述支耳，用于为喇叭支架提供安装凸起；
所述喇叭支架，用于安装所述馈源阵列，以使得各馈源的中心轴均过所述球核的球心，以及，为所述测试平台提供安装接口。
3.如权利要求2所述的龙伯透镜天线，其特征在于，所述馈源阵列整体呈锥形结构；
所述喇叭支架，设置有与馈源阵列整体的锥形结构契合的开口。
4.如权利要求2所述的龙伯透镜天线，其特征在于，各层球壳以及球核的介电常数不同，且沿球核向外，球核以及各层球壳的介电常数逐渐减小。
5.如权利要求4所述的龙伯透镜天线，其特征在于，所述龙伯透镜包括四层球壳，其中沿球核向外各层球壳的介电常数分别满足：1.9-2.0、1.7-1.8、1.6-1.7、1.4-1.5、1.2-1.3。
6.如权利要求1所述的龙伯透镜天线，其特征在于，各层球壳的尺寸采用过渡配合。
7.如权利要求1所述的龙伯透镜天线，其特征在于，各层球壳以及球核采用聚酰亚胺泡沫制成。
8.如权利要求1所述的龙伯透镜天线，其特征在于，所述馈源阵列的阵列式的多个馈源，且相邻馈源之间的夹角满足4°-8°。
9.如权利要求1所述的龙伯透镜天线，其特征在于，各层球壳的直径满足Φ79.4mm～Φ202.6mm。
10.一种空间星载平台，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的龙伯透镜天线。
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