本實(shí)用新型屬于衛(wèi)星測(cè)控領(lǐng)域，尤其涉及一種應(yīng)用于衛(wèi)星上的S頻段螺旋天線的共形頻率選擇表面罩。

背景技術(shù)：

S頻段是衛(wèi)星測(cè)控的一個(gè)重要應(yīng)用頻段，但隨著頻譜資源的利用消耗加大，對(duì)空間S頻段的干擾越來越嚴(yán)重，直接影響到衛(wèi)星的測(cè)控系統(tǒng)的可靠性和安全性。對(duì)此問題的解決，除了測(cè)控頻率上移外，還有一種有效的方式即是采用頻率選擇表面技術(shù)，在保證工作頻率有效通過的前提下對(duì)工作頻段帶外的信號(hào)進(jìn)行空間濾波。

螺旋天線是目前衛(wèi)星測(cè)控天線的一種主要的形式。但由于螺旋天線的幾何結(jié)構(gòu)決定，無法采用平面頻率選擇表面或者低程度平面結(jié)構(gòu)變形的頻率選擇表面，而必須采用圓柱結(jié)構(gòu)這類高程度非平面結(jié)構(gòu)的頻率選擇表面。但共形頻率選擇表面的特性與理想特性容易相差很大，因此有必要研究設(shè)計(jì)針對(duì)星用S頻段螺旋測(cè)控天線頻率選擇表面罩。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本實(shí)用新型提供一種應(yīng)用于衛(wèi)星上的S頻段螺旋測(cè)控天線頻率選擇表面罩，該頻率選擇表面罩解決兩個(gè)問題：保證工作頻率信號(hào)有效傳輸同時(shí)對(duì)工作頻帶外的信號(hào)進(jìn)行濾波；滿足天線結(jié)構(gòu)對(duì)頻率選擇表面罩共形結(jié)構(gòu)的要求。

一種衛(wèi)星測(cè)控天線共形頻率選擇表面罩，從外到內(nèi)依次包括天線罩主體結(jié)構(gòu)1、第一粘結(jié)介質(zhì)層2、蜂窩層3、第二粘結(jié)介質(zhì)層4、保護(hù)層5、第三粘結(jié)介質(zhì)層6以及頻率選擇表面層7；

天線罩主體結(jié)構(gòu)1基本結(jié)構(gòu)為中空的圓柱體，頂端用半球體結(jié)構(gòu)封堵，底端為安裝底座；安裝底座通過MS螺紋防松膠與天線或星體連接安裝；

第一粘結(jié)介質(zhì)層2用于粘結(jié)天線罩主體結(jié)構(gòu)1與蜂窩層3；

蜂窩層3為整個(gè)選擇表面罩起緩沖減振的作用；

第二粘結(jié)介質(zhì)層4用于粘結(jié)蜂窩層3與保護(hù)層5；

保護(hù)層5用于為頻率選擇表面層7提供物理保護(hù)作用；

第三粘結(jié)介質(zhì)層6用于粘結(jié)保護(hù)層5與頻率選擇表面層7；

頻率選擇表面層7，對(duì)通帶外的電磁波起反射作用，使天線工作頻率信號(hào)有效傳輸同時(shí)對(duì)天線工作頻帶外的信號(hào)進(jìn)行濾波；

頻率選擇表面層7采用雙面鍍鋁的聚酰亞胺薄膜，其中頻率選擇表面7將聚酰亞胺薄膜的鍍鋁表面以若干方形環(huán)狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行雙面對(duì)稱光刻處理，形成“回字形”的陣列結(jié)構(gòu)，；頻率選擇表面層與天線的距離為天線工作頻率波長(zhǎng)的一半。其中，如果天線與頻率選擇表面層的距離大于半個(gè)波長(zhǎng)，則零值深度明顯增高，天線的H面方向圖畸變嚴(yán)重，各方向的增益都有所降低；如果天線與頻率選擇表面層的距離過小，則天線的E面方向圖的波瓣寬度減小較嚴(yán)重。因此需要結(jié)合天線性能要求和結(jié)構(gòu)尺寸綜合考慮頻率選擇表面層與天線的距離。

天線罩主體結(jié)構(gòu)1采用石英纖維復(fù)材材料，厚度為0.3mm。

第一粘結(jié)介質(zhì)層2、第二粘結(jié)介質(zhì)層4以及第三粘結(jié)介質(zhì)層6采用滿足空間溫度和環(huán)境要求的材料，厚度均不超過30μm。

蜂窩層3采用芳綸纖維，厚度為5mm。

保護(hù)層5采用Tedlar薄膜，厚度25.4μm。

有益效果：

1、本實(shí)用新型選擇表面罩確定的方形環(huán)狀陣列可以保證天線正常通信，同時(shí)對(duì)工作頻帶外的干擾進(jìn)行有效濾波。設(shè)計(jì)的共形結(jié)構(gòu)在滿足天線使用的同時(shí)，有效保證了頻率選擇表面的性能。

2、本實(shí)用新型選擇表面罩在設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)合多種材料，設(shè)計(jì)蜂窩層和保護(hù)層保證天線罩在發(fā)射階段和在軌階段的力學(xué)和空間環(huán)境條件下的性能穩(wěn)定性。在材料的選擇方面保證滿足電離總劑量、表面充放電等空間環(huán)境使用要求。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的天線共形頻率選擇表面罩結(jié)構(gòu)尺寸圖。

圖2為本實(shí)用新型的各層結(jié)構(gòu)示意圖，其中第1層～第7層為由外層到內(nèi)層。

圖3為本實(shí)用新型的頻率選擇表面層方形環(huán)狀陣列結(jié)構(gòu)圖。

圖4為本實(shí)用新型的頻率選擇表面單元結(jié)構(gòu)尺寸示意圖。

圖5為本實(shí)用新型的無天線罩保護(hù)的天線遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖。

圖6為本實(shí)用新型的有天線罩保護(hù)的天線遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖。

圖7為本實(shí)用新型的空間濾波特性對(duì)比示意圖。

1-天線罩主體結(jié)構(gòu)、2-第一粘結(jié)介質(zhì)層、3-蜂窩層、4-第二粘結(jié)介質(zhì)層、5-保護(hù)層、6-第三粘結(jié)介質(zhì)層、7-頻率選擇表面層。

具體實(shí)施方式

本具體實(shí)施方式以一個(gè)2.15GHz螺旋天線共形頻率選擇表面罩設(shè)計(jì)為例說明。

如圖1所示，本實(shí)用新型基本結(jié)構(gòu)為圓柱體，頂端用半球體結(jié)構(gòu)封堵，底端為安裝座體，天線罩采用石英纖維復(fù)材材料，圓柱體高度H＝200mm，直徑d＝98mm，頂端結(jié)構(gòu)高度h＝49mm，底座直徑D＝120mm，天線罩厚度0.3＝mm。選擇表面罩底座通過MS螺紋防松膠與天線或星體連接安裝。

如圖2所示，本實(shí)用新型由天線罩主體結(jié)構(gòu)1、第一粘結(jié)介質(zhì)層2、芳綸纖維蜂窩層3、第二粘結(jié)介質(zhì)層4、保護(hù)層5、第三粘結(jié)介質(zhì)層6和頻率選擇表面層7組成。粘結(jié)介質(zhì)層2、4和6厚度不超過30μm，采用滿足空間高低溫和環(huán)境要求的材料。芳綸纖維蜂窩層5，厚度5mm。保護(hù)層6采用Tedlar薄膜，厚度25.4μm。頻率選擇表面層7，采用雙面鍍鋁聚酰亞胺薄膜，雙面對(duì)稱光刻頻率選擇表面結(jié)構(gòu)，厚度25.4μm。

如圖3所示，頻率選擇表面7采用方形環(huán)狀的類似“回字形”的陣列結(jié)構(gòu)。

如圖4所示，頻率選擇表面7陣列單元尺寸為W＝30mm，L＝30mm，a＝28mm，b＝28mm，s＝2mm。將聚酰亞胺薄膜的鍍鋁表面以若干方形環(huán)狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行光刻處理，其中白色部分為刻蝕掉的鍍鋁層，黑色部分為聚酰亞胺薄膜；頻率選擇表面層與天線的距離為天線工作頻率波長(zhǎng)的一半。其中，如果天線與頻率選擇表面層的距離大于半個(gè)波長(zhǎng)，則零值深度明顯增高，天線的H面方向圖畸變嚴(yán)重，各方向的增益都有所降低；如果天線與頻率選擇表面層的距離過小，則天線的E面方向圖的波瓣寬度減小較嚴(yán)重。因此需要結(jié)合天線性能要求和結(jié)構(gòu)尺寸綜合考慮頻率選擇表面層與天線的距離。

對(duì)設(shè)計(jì)的共形頻率選擇表面罩進(jìn)行電性能仿真，對(duì)比圖5與圖6有無天線罩保護(hù)情況下的遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖，其遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖基本一致，主瓣增益下降0.8dB，變化不大，滿足使用要求。如圖7所示，對(duì)于空間濾波特性，可以發(fā)現(xiàn)在2.12GHz-2.18GHz頻段內(nèi)，有無天線罩情況下天線間的互耦相差3dB左右，滿足通帶使用要求，隨著頻率遠(yuǎn)離通帶，空間濾波效果總體上呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)，滿足工作頻段帶外濾波的要求。

當(dāng)然，本發(fā)明還可有其他多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。