本发明专利技术公开了一种基于3D打印技术SLM工艺的金属双异形腔圆极化卫星天线，包括金属体以及位于金属体内的异形第一腔体和第二腔体；第一腔体和第二腔体均垂直开设于金属体内，且腔体顶部开口；第一腔体和第二腔体之间通过通槽相连通；金属体的侧面留有用于安装同轴探针的螺孔，所述螺孔与第一腔体连通，所述同轴探针穿过螺孔进入第一腔体内，并指向通槽与第二腔体内部；第一腔体包括中部的第一圆柱形腔体以及一对沿第一圆柱形腔体直径两端分布并与之相交的第一扇形腔体；第二腔体包括中部的第二圆柱形腔体以及一对沿第二圆柱形腔体直径两端分布并与之相交的第二扇形腔体。该圆极化卫星天线能够实现更宽的圆极化带宽(12.9％)，实现宽波束和高功率容量。
【技术实现步骤摘要】
一种基于3D打印技术SLM工艺的金属双异形腔圆极化卫星天线
本专利技术属于天线
，特别是涉及X波段卫星通信设备，具体是一种基于3D打印技术SLM工艺的金属双异形腔圆极化卫星天线。
技术介绍
圆极化可以减少电磁波传播过程中的极化失配和多路径效应，因此圆极化天线目前被广泛应用于卫星系统。各式各样的圆极化卫星天线已经得到了公开报道。然而由于卫星系统苛刻的工作环境，许多报道的圆极化卫星天线并不能适用于某些特定场合。例如：文献1[X.Zhang,L.ZhuandN.Liu,“Pin-loadedcircularly-polarizedpatchantennaswithwide3-dBaxialratiobeamwidth,”IEEETrans.AntennasPropag.,vol.65,no.2,pp.521-528,Feb.2017]中提出一种具有宽波束的销钉加载圆极化贴片天线，从而增大卫星的信号覆盖范围。但是受制于贴片结构，该天线很难应用于大功率的卫星系统。背腔天线常常被用来同时实现高功率容量和宽波束。例如：文献2[R.Li,B.Pan,A.N.Traille,J.Papapolymerou,J.LaskarandM.M.Tentzeris,“Developmentofacavity-backedbroadbandcircularlypolarizedslot/striploopantennawithasimplefeedingstructure,”IEEETrans.AntennasPropag.,vol.56,no.2,pp.312-318,Feb.2008.]中提出一种具有简易馈电结构的背腔宽带圆极化槽/环天线。然而在圆极化背腔天线中，空腔往往只作为反射器，需要额外的圆极化辐射器，使得天线结构分离。文献3[Y.Zhao,Z.ZhangandZ.Feng,“Anelectricallylargemetalliccavityantennawithcircularpolarizationforsatelliteapplications,”IEEEAntennasWirelessPropag.Lett.,vol.10,pp.1461-1464,2011.]和文献4[K.Wei,Z.Zhang,Y.ZhaoandZ.Feng,“Designofaringprobe-fedmetalliccavityantennaforsatelliteapplications,”IEEETrans.AntennasPropag.,vol.61,no.9,pp.4836-4839,Sept.2013.]中提出一种一体化的金属单腔圆极化卫星天线设计方法，即在开口波导的腔室或馈电部分引入微扰。但是单腔的结构使得圆极化带宽很窄(4.7％)且特殊的馈线形状增加了天线制作和组装的难度，限制了其在高频领域的应用。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，运用3D打印技术SLM工艺，提出一种功率容量高、带宽宽、波束宽、结构简单、工艺先进、易于装配的金属双异形腔圆极化卫星天线。为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种基于3D打印技术SLM工艺的金属双异形腔圆极化卫星天线，包括金属体以及位于金属体内的异形第一腔体和第二腔体；所述第一腔体和第二腔体均垂直开设于金属体内，且腔体顶部开口；第一腔体和第二腔体之间通过通槽相连通；所述金属体的侧面留有用于安装同轴探针的螺孔，所述螺孔与第一腔体连通，所述同轴探针穿过螺孔进入第一腔体内，并指向通槽与第二腔体内部；所述第一腔体包括中部的第一圆柱形腔体以及一对沿第一圆柱形腔体直径两端分布并与之相交的第一扇形腔体；所述第一扇形腔体对应的圆心角应在90～270°之间；所述第二腔体包括中部的第二圆柱形腔体以及一对沿第二圆柱形腔体直径两端分布并与之相交的第二扇形腔体；所述第二扇形腔体对应的圆心角应在90～270°之间。具体地，所述金属体为采用3D打印技术SLM工艺一体成型的不锈钢件，第一腔体、第二腔体、通槽和螺孔均在金属体3D打印过程中一次成型。优选地，相对的两个第一扇形腔体之间的连线，与同轴探针指向方向之间的夹角为45°；相对的两个第二扇形腔体之间的连线与两个第一扇形腔体之间的连线平行，与同轴探针指向方向之间的夹角为45°。优选地，所述同轴探针的内外径分别为1.25mm和4.2mm，满足端口阻抗为50Ω的实现条件，其内芯直接插入第一腔体。优选地，所述金属双腔圆极化卫星天线用于X波段卫星通信，第一圆柱形腔体直径d1和第二圆柱形腔体d2均应满足空气填充圆波导基模TE11工作于X波段的实现条件，即：其中，fmin为X波段的最低工作频率，c为光速，且d1和d2应略有差异以拓展天线工作带宽。具体地，所述金属体为长方体，长度l＝52mm，宽度w＝26mm，高度h＝35mm，底壁厚度t＝2mm。所述螺孔的高度h1＝14mm。所述第一圆柱形腔体的直径d1＝22mm，第一扇形腔体的半径r1＝4mm；所述第二圆柱形腔体的直径d2＝24mm，第二扇形腔体的半径r2＝4.8mm。所述通槽的宽度a＝2mm，长度b＝3mm。有益效果：本专利技术圆极化卫星天线采用金属双异形腔结构，能够实现更宽的圆极化带宽(12.9％)，实现宽波束和高功率容量；该圆极化卫星天线具有一体化的结构，结构简单，易于装配，可利用SLM工艺直接生产，精度高，成本低，特别适用于高频波段。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做更进一步的具体说明，本专利技术的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。图1为该基于3D打印技术SLM工艺的金属双异形腔圆极化卫星天线的立体结构示意图。图2为该基于3D打印技术SLM工艺的金属双异形腔圆极化卫星天线的尺寸图。图3是该基于3D打印技术SLM工艺的金属双异形腔圆极化卫星天线的S11参数仿真图。图4是该基于3D打印技术SLM工艺的金属双异形腔圆极化卫星天线轴比参数对比仿真图。图5是该基于3D打印技术SLM工艺的金属双异形腔圆极化卫星天线在9.2GHz时yoz面上的轴比参数仿真图。图6是该基于3D打印技术SLM工艺的金属双异形腔圆极化卫星天线在9.3GHz时xoz面上的天线辐射方向图。图7是该基于3D打印技术SLM工艺的金属双异形腔圆极化卫星天线在9.3GHz时yoz面上的天线辐射方向图。图8是该基于3D打印技术SLM工艺的金属双异形腔圆极化卫星天线加工实物。其中，各附图标记分别代表：1金属体；2第一腔体；21第一圆柱形腔体；22第一扇形腔体；3第二腔体；31第二圆柱形腔体；32第二扇形腔体；4通槽；5同轴探针；6螺孔。具体实施方式根据下述实施例，可以更好地理解本专利技术。说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于3D打印技术SLM工艺的金属双异形腔圆极化卫星天线，其特征在于，包括金属体(1)以及位于金属体(1)内的异形第一腔体(2)和第二腔体(3)；/n所述第一腔体(2)和第二腔体(3)均垂直开设于金属体(1)内，且腔体顶部开口；第一腔体(2)和第二腔体(3)之间通过通槽(4)相连通；/n所述金属体(1)的侧面留有用于安装同轴探针(5)的螺孔(6)，所述螺孔(6)与第一腔体(2)连通，所述同轴探针(5)穿过螺孔(6)进入第一腔体(2)内，并指向通槽(4)与第二腔体(3)内部；/n所述第一腔体(2)包括中部的第一圆柱形腔体(21)以及一对沿第一圆柱形腔体(21)直径两端分布并与之相交的第一扇形腔体(22)；/n所述第二腔体(3)包括中部的第二圆柱形腔体(31)以及一对沿第二圆柱形腔体(31)直径两端分布并与之相交的第二扇形腔体(32)。/n
【技术特征摘要】
1.一种基于3D打印技术SLM工艺的金属双异形腔圆极化卫星天线，其特征在于，包括金属体(1)以及位于金属体(1)内的异形第一腔体(2)和第二腔体(3)；
所述第一腔体(2)和第二腔体(3)均垂直开设于金属体(1)内，且腔体顶部开口；第一腔体(2)和第二腔体(3)之间通过通槽(4)相连通；
所述金属体(1)的侧面留有用于安装同轴探针(5)的螺孔(6)，所述螺孔(6)与第一腔体(2)连通，所述同轴探针(5)穿过螺孔(6)进入第一腔体(2)内，并指向通槽(4)与第二腔体(3)内部；
所述第一腔体(2)包括中部的第一圆柱形腔体(21)以及一对沿第一圆柱形腔体(21)直径两端分布并与之相交的第一扇形腔体(22)；
所述第二腔体(3)包括中部的第二圆柱形腔体(31)以及一对沿第二圆柱形腔体(31)直径两端分布并与之相交的第二扇形腔体(32)。
2.根据权利要求1所述基于3D打印技术SLM工艺的金属双异形腔圆极化卫星天线，其特征在于，所述第一扇形腔体(22)对应的圆心角在90～270°之间；所述第二扇形腔体(32)对应的圆心角在90～270°之间。
3.根据权利要求1所述基于3D打印技术SLM工艺的金属双异形腔圆极化卫星天线，其特征在于，所述金属体(1)为采用3D打印技术SLM工艺一体成型的不锈钢件，第一腔体(2)、第二腔体(3)、通槽(4)和螺孔(6)均在金属体(1)3D打印过程中一次成型。
4.根据权利要求2所述基于3D打印技术SLM工艺的金属双异形腔圆极化卫星天线，其特征在于，相对的两个第一扇形腔体(22)之间的连线，与同轴探针(5)指向方向之间的夹角为45°；...
【专利技术属性】
技术研发人员：王诗言，范飞，葛文亭，张钢，张锋，杨继全，
申请(专利权)人：南京智能高端装备产业研究院有限公司，南京师范大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。