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CN111987456B - 一种用于微纳卫星的集成式低剖面uv天线 - Google Patents

一种用于微纳卫星的集成式低剖面uv天线 Download PDF

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Abstract

本发明属于卫星通信领域，具体涉及一种用于微纳卫星的集成式低剖面UV天线。包括一端通过转动机构转动连接的陶瓷基底和馈电PCB板，紧固机构和释放机构；陶瓷基底上印刷有UHF天线贴片、VHF馈电片、接地金属片，陶瓷基底一侧固定设有VHF天线固定条，VHF天线固定条上固定有VHF记忆合金天线条；馈电PCB板上设有VHF记忆合金天线条的收纳机构，馈电PCB板上设有SMA机械接口；馈电PCB板上设有VHF频段天线馈电断口；微纳卫星入轨之前，陶瓷基板和所述馈电PCB板依靠紧固机构使两者处于折叠状态；微纳卫星入轨之后，在释放机构的作用下展开呈90度夹角设置，处于工作状态。本发明将UV天线集中在一起，并设置调试断口，调高了天线的可调整性和适应性，降低了天线剖面高度。

Description

一种用于微纳卫星的集成式低剖面UV天线
技术领域
本发明属于卫星通信领域，具体涉及一种用于微纳卫星的集成式低剖面UV天线。
背景技术
微纳卫星终端天线大多是单极子天线，天线频段主要集中于UHF频段、VHF频段。微纳卫星由于体积有限，在设计过程当中设计者对天线的尺寸会提出要求，传统的电大天线体积大，结构复杂，在现今的微纳卫星设计中研究人员已经不再采用电大天线。由于卫星天线的频率在频谱中处于较低位置，这在理论上导致了卫星天线的尺寸始终存在限制，很难将其体积降到可以忽略的程度。
然而，现有的星上UHF和VHF频段天线都是独立的结构，现有星上使用的VHF/UHF天线长度较长，通常在300mm以上，并且在特殊要求下还会成对出现，这种情况下天线占据了很大的空间，很难满足卫星在天线尺寸和空间上的限制。其次，在天线成品的调试过程中，天线的性能总会受其近场内机械结构的影响，往往因为天线结构的固定性和不可调整性，导致成品难以调试或调试后成为瑕疵产品。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于微纳卫星的集成式低剖面UV天线，将UHF频段和VHF频段的天线集成在一起，减小了天线对微纳卫星的空间占有率，并在VHF频段天线的馈电电路上设置断口，目的是对天线成品的阻抗匹配进行微调，但不影响其作为成品的质量。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种用于微纳卫星的集成式低剖面UV天线，包括一端通过转动机构转动连接的陶瓷基底和馈电PCB板，紧固机构和释放机构；
所述陶瓷基底上印刷有UHF天线贴片、VHF馈电片、接地金属片，陶瓷基底一侧固定设有VHF天线固定条，VHF天线固定条上固定有VHF记忆合金天线条；
所述馈电PCB板上设有VHF记忆合金天线条的收纳机构，馈电PCB板上设有SMA机械接口，馈电PCB板上设有VHF频段天线的调试断口，天线测试阶段，所述馈电PCB板上的VHF频段天线的馈电断口两端将会锡焊高频小值电容或电感，以调整天线的阻抗匹配，很大程度上改善仿真结果和实际测试之间存在的误差；
微纳卫星入轨之前，所述陶瓷基板和所述馈电PCB板依靠紧固机构使两者处于折叠状态；微纳卫星入轨之后，所述陶瓷基板和所述馈电PCB板在释放机构的作用下展开呈90度夹角设置，处于工作状态。
进一步的，所述转动机构为弹簧合页，所述弹簧合页的转动范围为0-90°。
进一步的，所述弹簧合页内设有扭簧，所述陶瓷基板和所述馈电PCB板折叠时，弹簧合页内的扭簧产生弹性势能，所述陶瓷基板和所述馈电PCB板在释放机构的作用下解除紧固机构的紧固时，在弹簧合页的弹性势能作用下展开呈垂直状态。
进一步的，所述紧固机构为强力线，通过强力线和设置在陶瓷基底和馈电PCB板的穿线孔，实现对折叠状态的陶瓷基底和馈电PCB板的紧固。
进一步的，所述释放机构为烧线电路，包括烧线电阻，所述烧线电路设置在所述PCB板。
进一步的，所述烧线电阻为两块，两块烧线电阻的两侧分别设有一个有机材料压线块，所述有机材料压线块与PCB板接触的一面设有供强力线穿过的槽，所述PCB板上设有入线孔；
所述陶瓷基板上固定设有金属压线块，陶瓷基板与金属压线块相对应的区域设有出线孔；
所述强力线从PCB板上的入线孔穿入，进螺钉固定后穿过一个有机材料压线块，与烧线电阻表面接触，穿过另一个有机材料压线块后穿过陶瓷基底上的金属压线块，并从陶瓷基底的出线孔穿出，将强力线拉紧使得UV天线处于折叠状态。
进一步的，所述金属压线块的材质为铝。
进一步的，所述馈电PCB板上的VHF记忆合金天线条收纳机构为固定在PCB板外围的金属框，所述金属框为一侧长边设有缺口的矩形框，缺口的位置和形状与VHF天线固定条相匹配；
所述VHF记忆合金天线条的一端与VHF天线固定条固定连接，当UV天线处于工作状态时，所述VHF记忆合金天线条为展开长条状；当UV天线处于折叠状态时，所述VHF天线固定条与金属框的缺口配合，所述VHF记忆合金天线条卷绕在金属框内。
进一步的，所述金属框的材质为铝。
进一步的，所述金属框内部四周倒圆角设置。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：
本发明用于微纳卫星的集成式低剖面UV一体天线，存在可调节VHF频段天线阻抗匹配的馈电断口，能够在不影响天线成品的前提下对天线的性能指标做进一步改善，大大提高了天线的适用性和可调整性；在卫星发射之前以折叠的状态安装在星体上，高度不超过7mm，对卫星的整体轮廓尺寸几乎没有影响，在卫星入轨之后折叠状态变为展开式状态，可以同时实现UHF频段和VHF频段的通信，适用于可用空间有限的微纳卫星，同时集成式低剖面的特点使卫星的整体尺寸可控。
天线的可调整空间大和零部件可替换性强，因而成本大大降低；在设计完成之后就可制造出产品，易于推广。
附图说明
图1是本发明的集成式低剖面UV天线的整体结构示意图。
图2是本发明的集成式低剖面UV天线中天线的主视图。
图3是本发明的集成式低剖面UV天线中天线的后视图。
图4是本发明的集成式低剖面UV天线的馈电电路示意图。
附图标记说明：
1-金属铝框，2-弹簧合页，3-UHF天线贴片，4-陶瓷基底，5-VHF记忆合金天线条，6-金属压线块，70-VHF馈电片，8.VHF-天线固定条，9-馈电PCB板，10-有机材料压线块，11-烧线电阻，12-SMA机械接口，13-接地金属片，14-辐射贴片，15-馈电断口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
一种微纳卫星集成式UV天线的结构，如图1所示，包括利用弹簧合页2连接的PCB板9和天线陶瓷基底4。
PCB板9外围固定了金属铝框1，金属铝框1在结构上为带有缺口的矩形框，缺口的位置是为折叠后VHF天线固定条8预留的。框体内侧四个角均为倒圆角，框的高度略高于VHF天线固定条8，当陶瓷基底4折叠至与PCB板9平行时，金属铝框1将紧贴着陶瓷基底4，PCB板9中间部分固定了两个烧线电阻11和两个有机材料压线块10。
两个有机材料压线块10下设有能让强力线穿过的半圆孔，强力线穿过第一个有机材料压线块后将附着在烧线电阻11上，PCB板9上预留了两个SMA接头的探针孔和固定孔，PCB板9上预留了VHF频段天线的断口。
陶瓷基底4上印刷了UHF天线贴片3、VHF馈电片7、接地金属片13，陶瓷基底4上固定了金属铝压线块6和VHF天线固定条8，VHF天线固定条8上固定了VHF记忆合金天线条5，陶瓷基底4在和金属铝压线块6接触的位置开有穿线孔，UHF天线贴片3、接地金属片13和VHF馈电片7均采用沉金工艺。
本发明的工作原理为：VHF记忆合金天线条5最初被卷在金属铝框1里，PCB板9上开有入线孔，经螺钉固定后穿过两块有机材料压线块10，与两个烧线电阻11表面接触，穿过有机材料压线块10后强力线将穿过金属铝压线块6，然后穿过陶瓷基底4的出线孔，用力将线拉紧以收紧天线折叠的状态，卫星入轨之后由地面站发射信号，卫星将会为烧线电阻11供电，烧线电阻温度11升高至将强力线烧断，由于弹簧合页2上带有扭簧，天线折叠时扭簧上产生了弹性势能，在展开之前弹性势能将一直储存在扭簧内部，一旦强力线被烧断，天线将会在弹力作用下瞬间弹开，由于合页本身的设计，合页只能在0°-90°的范围内转动，扭簧将一直使合页处于90°的状态，陶瓷基底4在弹力的作用下则会展开至与PCB板9垂直的状态，天线展开之后VHF天线接收地面站的信号，信号经SMA接口传输到星上通信机，而UHF天线则是将经过通信机和SMA接口的信号发射至地面站。

Claims (10)

1.一种用于微纳卫星的集成式低剖面UV天线，其特征在于，包括一端通过转动机构转动连接的陶瓷基底(4)和馈电PCB板(9)，紧固机构和释放机构；
所述陶瓷基底(4)上印刷有UHF天线贴片(3)、VHF馈电片(7)、接地金属片(13)，陶瓷基底(4)一侧固定设有VHF天线固定条(8)，VHF天线固定条(8)上固定有VHF记忆合金天线条(5)；
所述馈电PCB板(9)上设有VHF记忆合金天线条(5)的收纳机构，馈电PCB板上设有SMA机械接口(12)；所述馈电PCB板(9)上设有VHF频段天线馈电断口(15)，天线测试阶段，所述馈电PCB板上的VHF频段天线的馈电断口(15)两端锡焊高频小值电容或电感，以调整天线的阻抗匹配；
微纳卫星入轨之前，所述陶瓷基板(4)和所述馈电PCB板(9)依靠紧固机构使两者处于折叠状态；微纳卫星入轨之后，所述陶瓷基板(4)和所述馈电PCB板(9)在释放机构的作用下展开呈90度夹角设置，处于工作状态。
2.根据权利要求1所述的UV天线，其特征在于，所述转动机构为弹簧合页(2)，所述弹簧合页(2)的转动范围为0-90°。
3.根据权利要求2所述的UV天线，其特征在于，所述弹簧合页(2)内设有扭簧，所述陶瓷基板(4)和所述馈电PCB板(9)折叠时，弹簧合页内的扭簧产生弹性势能，所述陶瓷基板(4)和所述馈电PCB板(9)在释放机构的作用下解除紧固机构的紧固时，在弹簧合页的弹性势能作用下展开呈垂直状态。
4.根据权利要求3所述的UV天线，其特征在于，所述紧固机构为强力线，通过强力线和设置在陶瓷基底(4)和馈电PCB板(9)的穿线孔，实现对折叠状态的陶瓷基底(4)和馈电PCB板(9)的紧固。
5.根据权利要求4所述的UV天线，其特征在于，所述释放机构为烧线电路，包括烧线电阻(11)，所述烧线电路设置在所述PCB板(9)。
6.根据权利要求5所述的UV天线，其特征在于，所述烧线电阻(11)为两块，两块烧线电阻(11)的两侧分别设有一个有机材料压线块(10)，所述有机材料压线块(10)与PCB板(9)接触的一面设有供强力线穿过的槽，所述PCB板(9)上设有入线孔；
所述陶瓷基板(4)上固定设有金属压线块(6)，陶瓷基板(4)与金属压线块(6)相对应的区域设有出线孔；
所述强力线从PCB板上的入线孔穿入，进螺钉固定后穿过一个有机材料压线块(10)，与烧线电阻(11)表面接触，穿过另一个有机材料压线块(10)后穿过陶瓷基底(4)上的金属压线块(6)，并从陶瓷基底(4)的出线孔穿出，将强力线拉紧使得UV天线处于折叠状态。
7.根据权利要求6所述的UV天线，其特征在于，所述金属压线块(6)的材质为铝。
8.根据权利要求6所述的UV天线，其特征在于，所述馈电PCB板(9)上的VHF记忆合金天线条(5)收纳机构为固定在PCB板(9)外围的金属框(1)，所述金属框(1)为一侧长边设有缺口的矩形框，缺口的位置和形状与VHF天线固定条(8)相匹配；
所述VHF记忆合金天线条(5)的一端与VHF天线固定条(8)固定连接，当UV天线处于工作状态时，所述VHF记忆合金天线条(5)为展开长条状；当UV天线处于折叠状态时，所述VHF天线固定条(8)与金属框(1)的缺口配合，所述VHF记忆合金天线条(5)卷绕在金属框(1)内。
9.根据权利要求8所述的UV天线，其特征在于，所述金属框(1)的材质为铝。
10.根据权利要求8所述的UV天线，其特征在于，所述金属框(1)内部四周倒圆角设置。
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