CN101645538B - 一种微带激励的低副瓣喇叭天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种微带激励的低副瓣喇叭天线，包括微带辐射器、极化电桥和圆锥喇叭，采用微带辐射器给喇叭馈电，其中微带辐射器包括辐射贴片、接地板和位于辐射贴片与接地板之间起支撑作用的短路金属柱，接地板上设置有两个馈电端口，极化电桥集成在微带辐射器的接地板的背面，上述设计实现了喇叭天线和圆极化馈源的一体化，并且整个喇叭天线的结构紧凑，有效地利用了空间；同时在圆锥喇叭的口径处增加纵向槽，抑制了喇叭的边缘电流，从而抑制了副瓣，实现了低副瓣和低的交叉极化。本发明结构简单、紧凑、易加工，电性能优良，满足了星上对空间的苛刻要求。

Description

一种微带激励的低副瓣喇叭天线
技术领域
本发明涉及微波通信领域，涉及一种低副瓣喇叭天线，特别是涉及一种微带激励的低副瓣喇叭天线。 
背景技术
微波通信领域中，卫星L注入天线(工作在L频段用于向卫星传送关于卫星轨道及它在卫星轨道上相对于时间的精确位置的星历信息的天线)的工作方式为左旋圆极化，同时为提高天地信号链路抗干扰能力，对天线提出了低或超低副瓣的要求。传统的喇叭天线，采用传统的波导或同轴线馈电，要实现圆极化则需要加入圆极化器，而L波段的波导圆极化器约有300mm长，相对来说占用体积特别大，不满足星上对空间的苛刻要求，此外要实现低副瓣和方向图的轴对称性，通常采用变张角喇叭或波纹喇叭，而这两种喇叭结构较复杂、设计过程需调试因素较多，调试过程耗时较长。总之，要实现同样的电性能，采用传统波导馈电的变张角喇叭或波纹喇叭缺点在于： 
a.体积大、空间利用率低； 
b.结构较复杂、不易于加工； 
c.设计过程中需调试因素多，优化步骤耗时较长。 
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种微带激励的低副瓣喇叭天线，该天线结构紧凑，易于加工，实现了喇叭和圆极化馈源的一体化，并且在实现低副瓣和低的交叉极化的同时，使得方向图具有轴对称性。 
本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的： 
一种微带激励的低副瓣喇叭天线，其特征在于：包括微带辐射器、极 化电桥和圆锥喇叭，其中微带辐射器包括辐射贴片、接地板和位于辐射贴片与接地板之间起支撑作用的短路金属柱，接地板上设置有两个馈电端口；极化电桥集成在微带辐射器的接地板的背面，圆锥喇叭端口较小的一端与微带辐射器的接地板连接，端口较大的一端结构为两个套在一起同轴并通过连接面连为一体的圆环，两个圆环之间的连接面形成纵向槽。 
在上述微带激励的低副瓣喇叭天线中，两个馈电端口馈入信号的幅度相同，相位相差90°。 
在上述微带激励的低副瓣喇叭天线中，极化电桥的壳体可以作为微带辐射器的接地板。 
在上述微带激励的低副瓣喇叭天线中，其中一个圆环的直径和高度分别大于另外一个圆环的直径和高度。 
在上述微带激励的低副瓣喇叭天线中，大圆环的直径范围可以为：1.5～1.6λ，小圆环的直径范围可以为1.2λ左右，两个圆环的直径差为0.3～0.4λ，大圆环的高度范围为0.3～0.4λ，小圆环的高度范围为0.25λ，两个圆环的高度差为0.05～0.15λ，其中λ为天线波长。 
在上述微带激励的低副瓣喇叭天线中，圆锥喇叭接口处喇叭壁局部加厚，直角处均倒圆角。 
本发明相比现有技术具有如下优点： 
1、通过在圆锥喇叭的一端连接微带辐射器，极化电桥集成在微带辐射器接地板的背面，并且微带辐射器包括两个馈电端口，采用双点正交馈电实现圆极化，这样的结构设计，实现了喇叭天线和圆极化馈源的一体化，并且整个喇叭天线的结构非常紧凑，有效地利用了空间，并且微带辐射器作为激励比较容易实现圆极化； 
2、通过在圆锥喇叭一端的口径处设置纵向槽，抑制了喇叭的边缘电流，从而抑制了副瓣，实现了低副瓣和低的交叉极化，并且使得方向图具有轴对称性； 
3、本发明圆锥喇叭的结构设计采用两个套在一起同轴并通过纵向槽连为一体的圆环，并且一个圆环的直径和高度分别大于另外一个圆环的直径和高度，两个圆环的直径差为0.3～0.4λ，高度差为0.05～0.15λ，该结构设计减小了侧向、后向辐射，提高了带内相位中心稳定性，并且避免应力集中，提高了产品的刚度和稳定性； 
4、本发明圆锥喇叭的结构设计克服了传统波导馈电的变张角喇叭或波纹喇叭的诸多缺点，电性能优良、易于加工且具有高度可设计性，具有很强的实用性和竞争力。 
附图说明
图1为本发明微带激励的低副瓣喇叭天线结构示意图； 
图2为本发明微带激励的低副瓣喇叭天线结构剖面图； 
图3为本发明喇叭天线微带辐射器一侧俯视图； 
图4为本发明微带辐射器的结构示意图； 
图5为本发明微带辐射器的俯视图； 
图6为本发明微带激励的低副瓣喇叭天线用软件仿真的轴比方向图； 
图7为本发明微带激励的低副瓣喇叭天线用软件仿真的增益方向图。 
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明内容作进一步的详细说明： 
本实施例中微带激励的低副瓣喇叭天线外形尺寸为：243.5×367×404.4mm3。 
如图1所示为本发明微带激励的低副瓣喇叭天线结构示意图，如图2所示为本发明微带激励的低副瓣喇叭天线结构剖面图，由图可以看出微带激励的低副瓣喇叭天线由微带辐射器1、极化电桥2和圆锥喇叭3组成，圆锥喇叭3为带纵向槽的同轴多模喇叭，圆锥喇叭3端口较小的一端与微带辐射器1的接地板连接，端口较大的一端结构为两个套在一起同轴并通过连接面连为一体的圆环5与圆环6，两个圆环之间的连接面形成纵向槽4， 圆环5与圆环6的直径、高度和厚度均不同，其中圆环5的直径(纵向槽4喇叭口面外直径)d2＝352mm，厚度m2＝1mm，高度h2＝80mm，圆环6的直径(纵向槽4喇叭口面内直径)d3＝272mm，厚度m3＝1.5mm，高度h3＝55mm，圆锥喇叭3较小端口一端的底面内直径d4＝160mm，圆锥喇叭3整体结构的壁厚为1.5mm，法兰厚度m为5mm，圆锥喇叭3接口处，接口两侧的壁局部加厚，直角处均倒圆角，用以避免应力集中和提高产品的刚度。 
极化电桥2集成在微带辐射器1的接地板9的背面，极化电桥2的壳体也可以作为微带辐射器1的接地板，馈电网络由一个3dB极化电桥构成，电桥输出端与微带辐射器之间的连接由2根长度为15mm，直径为3mm的馈电杆完成，如图3所示为本发明喇叭天线微带辐射器一侧俯视图，由图可以清楚地的看出圆锥喇叭3各接口的连接界面。 
微带辐射器1包括辐射贴片8、接地板9和位于辐射贴片8与接地板9之间起支撑作用的短路金属柱7，接地板9上设置有两个馈电端口10、11，如图4所示为微带辐射器的结构示意图，图5所示为微带辐射器的俯视图，其中微带辐射器1的直径d1＝122mm，厚度m1＝1.2mm，短路金属柱7的高度h1＝10mm，馈电端口10与馈电端口11的馈入信号幅度相同，馈电端口10的馈入信号相位比馈电端口11超前90°。 
本发明微带激励的低副瓣喇叭天线的工作原理如下： 
低副瓣喇叭天线由微带辐射器给喇叭激励，微带辐射器采用双点正交馈电实现圆极化，给微带辐射器馈电的极化电桥采用3dB分支电桥的形式，它可在宽频率范围上提供两路等幅、有90°相差的信号，而且由于采用匹配负载作终端，可避免终端反射带来的轴比恶化，微带辐射器经极化电桥激励后辐射的圆极化波在喇叭壁上形成的电流依然辐射出圆极化波，由于微带辐射器仅辐射单一的TE11模式的电磁波，抑制了高次模的产生，在喇叭的相移段没有激励出高次模，同时在喇叭的口径处加纵向槽抑制了喇叭 的边缘电流，从而抑制了副瓣，最终设计出具有良好电性能的喇叭天线。 
通过以上设计，本发明喇叭天线的电性能可以达到： 
极化方式：左旋圆极化； 
轴比：≤2.4dB(在带宽范围内)；如图6所示为为本发明微带激励的低副瓣喇叭天线用软件仿真的轴比方向图，可以看出，在±15°波束范围内小于等于2.4dB。 
副瓣：≤-30dB；如图7所示为本发明微带激励的低副瓣喇叭天线用软件仿真的增益方向图，副瓣的增益最大值与主瓣的增益最大值相差30dB以上。 
以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。 
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。 

Claims (6)

1.一种微带激励的低副瓣喇叭天线，其特征在于：包括微带辐射器(1)、极化电桥(2)和圆锥喇叭(3)，其中微带辐射器(1)包括辐射贴片(8)、接地板(9)和位于辐射贴片(8)与接地板(9)之间起支撑作用的短路金属柱(7)，接地板(9)上设置有两个馈电端口；极化电桥(2)集成在微带辐射器(1)的接地板(9)的背面，圆锥喇叭(3)端口较小的一端与微带辐射器(1)的接地板(9)连接，端口较大的一端结构为两个套在一起同轴并通过连接面连为一体的圆环，两个圆环之间的连接面形成纵向槽(4)。
2.根据权利要求1所述的一种微带激励的低副瓣喇叭天线，其特征在于：所述两个馈电端口馈入信号的幅度相同，相位相差90°。
3.根据权利要求1所述的一种微带激励的低副瓣喇叭天线，其特征在于：所述极化电桥(2)的壳体可以作为微带辐射器(1)的接地板。
4.根据权利要求1所述的一种微带激励的低副瓣喇叭天线，其特征在于：其中一个圆环的直径和高度分别大于另外一个圆环的直径和高度。
5.根据权利要求4所述的一种微带激励的低副瓣喇叭天线，其特征在于：两个圆环的直径差为0.3～0.4λ，两个圆环的高度差为0.05～0.15λ，其中λ为天线波长。
6.根据权利要求1所述的一种微带激励的低副瓣喇叭天线，其特征在于：所述圆锥喇叭(3)接口处喇叭壁局部加厚，直角处均倒圆角。
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