CN101533962B - 亚毫米波准光馈电圆锥扫描跟踪天线 - Google Patents
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Abstract
一种亚毫米波准光馈电圆锥扫描跟踪天线，包括高斯束变换介质透镜、扫描装置及逆卡塞格伦天线，高斯束变换介质透镜、扫描装置及逆卡塞格伦天线沿中心轴线顺序排列，逆卡塞格伦天线包括抛物面反射线栅和平面极化扭转线栅，所述的抛物面反射线栅的栅条水平排列，平面极化扭转线栅的栅条与抛物面反射线栅的栅条呈45°，扫描装置包括扩展半球透镜、透镜/介质波导转换器和用于驱动扩展半球透镜及透镜/介质波导转换器旋转的机械转动装置，所述的高斯束变换介质透镜、扩展半球透镜及逆卡塞格伦天线共轴且轴线与中心轴线重合，透镜/介质波导转换器的末端位于中心轴线之外，透镜/介质波导转换器的末端至少抵达平面极化扭转线栅。
Description
一、技术领域
本发明涉及一种圆锥扫描天线，尤其是涉及一种亚毫米波频段的亚毫米波准光馈电圆锥扫描跟踪天线。
二、背景技术
在现代定位跟踪系统中，为了实现精确定位，通常使用圆锥扫描天线。在微波、毫米波频段的圆锥扫描天线由于频率较低、波长较长，使整个系统可以采用同轴线、波导、微带线馈电，且使扫描跟踪系统的设计和加工较为容易。而在亚毫米波频段，由于频率较高，传统的同轴线、波导、微带馈电系统都存在很大的损耗，严重影响整个系统的电性能，且由于波长达到了亚毫米量级，使整个系统的尺寸很小，对已有的扫描跟踪系统提出了相当高的加工精度，在稳定性和可靠性方面也存在较大的风险。
三、发明内容
技术问题：本发明所要解决的技术问题是针对上述在微波、毫米波频段的现有技术在亚毫米波段应用的不足，而提供一种易于设计制造和具有良好电性能的亚毫米波准光馈电圆锥扫描跟踪天线。
技术方案：一种亚毫米波准光馈电圆锥扫描跟踪天线，包括高斯束变换介质透镜、扫描装置及逆卡塞格伦天线，高斯束变换介质透镜、扫描装置及逆卡塞格伦天线沿中心轴线顺序排列，逆卡塞格伦天线包括抛物面反射线栅和平面极化扭转线栅，所述的抛物面反射线栅的栅条水平排列，平面极化扭转线栅的栅条与抛物面反射线栅的栅条呈45度，在平面极化扭转线栅的中央设有圆孔，扫描装置包括扩展半球透镜、透镜/介质波导转换器和用于驱动扩展半球透镜及透镜/介质波导转换器旋转的机械转动装置，所述的高斯束变换介质透镜、扩展半球透镜及逆卡塞格伦天线共轴且轴线与中心轴线重合，透镜/介质波导转换器与扩展半球透镜共底面，透镜/介质波导转换器的与底面平行的截面互为相似形且沿底面向末端顺序排列的截面的面积逐渐变小且透镜/介质波导转换器的末端位于中心轴线之外，透镜/介质波导转换器的末端受机械转动装置驱动的运动轨迹，沿中心轴线方向的在平面极化扭转线栅上的投影落入平面极化扭转线栅的圆孔内且所述运动轨迹的回转中心位于抛物面反射线栅的焦点上，透镜/介质波导转换器的末端至少抵达平面极化扭转线栅。
有益效果：在亚毫米波频段，原有微波、毫米波频段的圆锥扫描天线系统方案的在馈电上存在很大的损耗，且对扫描跟踪系统的设计、加工都需要相当高的精度，方案实施已经变得相当困难。采用本发明的准光馈电圆锥扫描跟踪天线，由于采用准光馈电系统，电磁波在介质区域内被引导传播，使亚毫米波在馈电装置中的损耗很小，同时由于采用末端偏焦的透镜/介质波导转换器实现圆锥扫描，使扫描系统只需要一个转动电机带动即可，机械复杂度大大降低，而且采用了逆卡塞格伦天线系统，使在空域的跟踪易于实现。
四、附图说明
图1为本发明的剖面结构示意图。
图2为本发明的立体结构示意图。
图3为本发明中逆卡塞格伦天线的立体结构示意图。
图4为本发明透镜/介质波导转换器末端抵达平面极化扭转线栅的示意图。
图5为本发明跟踪时的剖面结构示意图。
图6为本发明跟踪时的立体结构示意图。
五、具体实施方案
下面结合附图，对本发明作详细说明。
一种亚毫米波准光馈电圆锥扫描跟踪天线，包括高斯束变换介质透镜1、扫描装置2及逆卡塞格伦天线3，高斯束变换介质透镜1、扫描装置2及逆卡塞格伦天线3沿中心轴线4顺序排列，逆卡塞格伦天线3包括抛物面反射线栅31和平面极化扭转线栅32，所述的抛物面反射线栅31的栅条水平排列，平面极化扭转线栅32的栅条与抛物面反射线栅31的栅条呈45度，在平面极化扭转线栅32的中央设有圆孔321，扫描装置2包括扩展半球透镜21、透镜/介质波导转换器22和用于驱动扩展半球透镜21及透镜/介质波导转换器22旋转的机械转动装置23，所述的高斯束变换介质透镜1、扩展半球透镜21及逆卡塞格伦天线3共轴且轴线与中心轴线4重合，透镜/介质波导转换器22与扩展半球透镜21共底面，透镜/介质波导转换器22的与底面平行的截面互为相似形且沿底面向末端221顺序排列的截面的面积逐渐变小且透镜/介质波导转换器22的末端221位于中心轴线4之外，透镜/介质波导转换器22的末端221受机械转动装置23驱动的运动轨迹，沿中心轴线4方向的在平面极化扭转线栅32上的投影落入平面极化扭转线栅32的圆孔321内且所述运动轨迹的回转中心位于抛物面反射线栅31的焦点上，透镜/介质波导转换器22的末端221至少抵达平面极化扭转线栅32，在本实施例中，所述的透镜/介质波导转换器22的末端221从平面极化扭转线栅32的圆孔321中穿过，如图1，或者所述的透镜/介质波导转换器22的末端221抵达平面极化扭转线栅32，如图4。
所述的高斯波束变换透镜1将入射高斯束变换，再经扩展半球透镜21和透镜/介质波导转换器22引导，从透镜/介质波导转换器22的末端221输出。由于透镜/介质波导转换器22为一偏轴结构，透镜/介质波导转换器22的末端221偏离中心轴线4。当扩展半球透镜21和透镜/介质波导转换器22在机械转动装置23的带动下旋转时，透镜/介质波导转换器22的末端221绕轴成圆周运动，实现对逆卡塞格伦天线3的偏焦圆周扫描馈电。呈圆周运动的透镜/介质波导转换器22的末端221所辐射的水平极化电磁波束，入射到逆卡塞格伦天线3的水平放置的抛物面反射线栅31上时，由于电磁波的电场方向和栅条平行，电磁波被全部反射。当反射电磁波入射到与水平面成45度角放置的平面极化扭转线栅32上时，电磁波被分解成垂直于线栅的分量和平行于线栅的分量。垂直于线栅的分量被直接反射，而平行于线栅的分量经过180度相移后被反射，反射后的垂直分量与平行分量组合，得到垂直极化电磁波。当反射回来的垂直极化电磁波再入射到水平放置的抛物面反射线栅31上时，由于电磁波的电场方向和栅条垂直，电磁波全部透过抛物面反射线栅31，向前部空间辐射，在前部空间形成主波束5。由于透镜/介质波导转换器22的末端221的偏焦馈电，主波束5最大辐射方向偏离天线轴线，且随着机械转动装置23的转动而绕天线轴线呈圆周运动，实现圆锥扫描。当平面极化扭转线栅32绕其中心在水平面或俯仰面偏转时，主波束5圆锥扫描所围绕的中心轴线也在空间偏转，实现圆锥扫描的跟踪。如图5中，当平面极化扭转线栅32在俯仰面偏转到图中位置时，主波束5圆锥扫描所为要的中心轴线也偏转到图中位置，实现圆锥扫描的跟踪。
Claims (3)
1.一种亚毫米波准光馈电圆锥扫描跟踪天线，其特征在于包括高斯束变换介质透镜(1)、扫描装置(2)及逆卡塞格伦天线(3)，高斯束变换介质透镜(1)、扫描装置(2)及逆卡塞格伦天线(3)沿中心轴线(4)顺序排列，逆卡塞格伦天线(3)包括抛物面反射线栅(31)和平面极化扭转线栅(32)，所述的抛物面反射线栅(31)的栅条水平排列，平面极化扭转线栅(32)的栅条与抛物面反射线栅(31)的栅条呈45度，在平面极化扭转线栅(32)的中央设有圆孔(321)，扫描装置(2)包括扩展半球透镜(21)、透镜/介质波导转换器(22)和用于驱动扩展半球透镜(21)及透镜/介质波导转换器(22)旋转的机械转动装置(23)，所述的高斯束变换介质透镜(1)、扩展半球透镜(21)及逆卡塞格伦天线(3)共轴且轴线与中心轴线(4)重合，透镜/介质波导转换器(22)与扩展半球透镜(21)共底面，透镜/介质波导转换器(22)的与底面平行的截面互为相似形且沿中心轴线(4)向末端(221)顺序排列的截面的面积逐渐变小且透镜/介质波导转换器(22)的末端(221)位于中心轴线(4)之外，透镜/介质波导转换器(22)的末端(221)受机械转动装置(23)驱动的运动轨迹，沿中心轴线(4)方向的在平面极化扭转线栅(32)上的投影落入平面极化扭转线栅(32)的圆孔(321)内且所述运动轨迹的回转中心位于抛物面反射线栅(31)的焦点上，透镜/介质波导转换器(22)的末端(221)至少抵达平面极化扭转线栅(32)。
2.根据权利要求1所述的亚毫米波准光馈电圆锥扫描跟踪天线，其特征在于所述的透镜/介质波导转换器(22)的末端(221)抵达平面极化扭转线栅(32)。
3.根据权利要求1所述的亚毫米波准光馈电圆锥扫描跟踪天线，其特征在于所述的透镜/介质波导转换器(22)的末端(221)从平面极化扭转线栅(32)的圆孔(321)中穿过。
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