CN101872902A - 一种性能优异的双极化介质杆喇叭天线馈源 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种卫星通信中用于抛物面天线、龙伯透镜天线等天线系统的收发双极化、双频段的馈源，它工作于Ku波段，具有波瓣宽度可调的旋转对称的方向图、小于-35dB的交叉极化电平、良好的回波损耗及收发隔离度等优异的辐射性能，并且结构简单小巧，实用性强，可灵活的适应不同天线系统的不同要求。

Description

一种性能优异的双极化介质杆喇叭天线馈源

技术领域

本发明属于无线通信中馈源设计的技术领域，它特别涉及卫星通信系统中馈源设计的双频段，双极化，低交叉极化等技术。

背景技术

随着卫星通信事业的发展，现有的C频段卫星资源已不能满足日益增长的卫星通信需求，开发Ku、Ka波段势在必行。卫星通信事业的蓬勃发展对其地面站天线提出了新的要求，例如高增益、宽频带或多频段、低交叉极化、多波束、双极化或多极化等等，馈源是整个天线系统的心脏，高性能馈源是高性能系统的首要条件。如何在Ku、Ka频段设计工作于宽频带或多频段，具有低交叉极化特性，并能实现收发双极化或多极化的馈源，是卫星通信事业对馈源设计的新要求。

双频段天线能有效利用同一喇叭馈源，使天线能同时工作于两个不同的频段内，使得天线的利用率提高了一倍。在双频段喇叭馈源天线馈电时，两种不同频段的信号就可以同时传输。即在这两个频段之内，天线可以同时发送两种信号，或者接收一种信号同时发送一种信号，或者同时接收两种信号，信号之间产生的干扰我们可以通过极化方式进行解决。目前比较普遍使用的双频段、双极化馈源大多是波纹喇叭的形式。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种卫星通信中用于抛物面天线、龙伯透镜天线等天线系统的收发双极化、双频段的馈源，它工作于Ku波段，具有波瓣宽度可调的旋转对称的方向图、极低的交叉极化、良好的回波损耗等优异的辐射性能，并且结构简单小巧，实用性强。

本文所发明的介质杆喇叭天线馈源由尖锥状介质杆1、圆锥喇叭辐射口2、塑料螺钉3、圆波导4、发射SMA接头5、金属反射杆6、接收SMA接头7组成。其中，插入圆锥喇叭辐射口2的尖锥状介质杆1由塑料螺钉3进行固定。发射SMA接头5及接收SMA接头7采用微波通信中经常使用的50欧姆SMA接头，金属反射杆6通过焊接或打孔固定在圆波导4当中。

本文所发明的介质杆喇叭天线馈源工作于Ku波段，发射SMA接头5用于发射频段f_T(带宽5％)，接收SMA接头7用于接收频段f_R(带宽5％).调整发射SMA接头5、接收SMA接头7、金属反射杆6在圆波导4中的位置和发射SMA接头5、接收SMA接头7深入圆波导4中的深度以及尖锥状介质杆1在圆波导4中部分的锥削程度，本文所述介质杆喇叭天线馈源得到了良好的回波损耗及收发隔离度。其中，金属反射杆6起到了减小馈源长度以及提高收发隔离度的作用。

尖锥状介质杆1将圆波导4中传播的主模TE₁₁模调整为HE₁₁模，HE₁₁模可以得到旋转对称的辐射方向图。为保证不激励起除HE₁₁模以外的其他模式，圆波导4的内半径r以及尖锥状介质杆1的相对介电常数ε_r以及工作波长λ需满足下式：

$2*r<\frac{1.22}{\sqrt{{\mathrm{\&epsiv;}}_r-1}}\mathrm{\&lambda;}$

合理的选择圆锥喇叭辐射口2的张角和长度，可以有效降低介质杆喇叭天线馈源的后瓣。通过改变尖锥状介质杆1的锥削程度以及其在圆锥喇叭辐射口2、圆波导4中的位置，可以调整介质杆喇叭天线馈源的增益和波瓣宽度。

本发明具有以下有益效果：

(1).与常用的双频段馈源波纹喇叭相比，本发明结构更为简单小巧，加工容易。

(2).在收发频段内，本发明具有旋转对称的辐射方向图、极低的交叉极化电平、良好的回波损耗以及收发隔离度。

(3).通过改变尖锥状介质杆1的锥削程度以及其在圆锥喇叭辐射口2、圆波导4中的位置，可以本文所发明馈源的增益和波瓣宽度，灵活的适应不同天线系统的需求。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

其中，1是尖锥状介质杆，2是圆锥喇叭辐射口，3是塑料螺钉，4是圆波导，5是发射SMA接头，6是金属反射杆，7是接收SMA接头。

图2是本发明透视结构示意图；

其中，1是尖锥状介质杆，2是圆锥喇叭辐射口，3是塑料螺钉，4是圆波导，5是发射SMA接头，6是金属反射杆，7是接收SMA接头。

图3是接收频段的回波损耗及收发隔离度；

图4是发射频段的回波损耗及收发隔离度；

图5是接收频段的E面、H面及45度面的主极化与交叉极化方向图；

图6是发射频段的E面、H面及45度面的主极化与交叉极化方向图；

图7是尖锥状介质杆1、圆锥喇叭辐射口2、圆波导4的剖视图

具体实施方式

参照图1，本文所发明的介质杆喇叭天线馈源由尖锥状介质杆1、圆锥喇叭辐射口2、塑料螺钉3、圆波导4、发射SMA接头5、金属反射杆6、接收SMA接头7。其中，插入圆锥喇叭辐射口2的尖锥状介质杆1由塑料螺钉3进行固定。发射SMA接头5及接收SMA接头7采用微波通信中经常使用的50欧姆SMA接头，可直接与信号发生器或者接收机相连；金属反射杆6通过焊接或打孔固定在圆波导4当中。

本发明工作于Ku波段，发射SMA接头5用于发射频段f_T(带宽5％)，接收SMA接头7用于接收频段f_R(带宽5％).调整发射SMA接头5、接收SMA接头7、金属反射杆6在圆波导4中的位置和发射SMA接头5、接收SMA接头7深入圆波导4中的深度以及尖锥状介质杆1在圆波导4中部分的锥削程度，本文所述介质杆喇叭天线馈源在收发频段均得到了良好的回波损耗及收发隔离度。见图3、图4。

尖锥状介质杆1将圆波导4中传播的主模TE₁₁模调整为HE₁₁模，HE₁₁模可以得到旋转对称的辐射方向图。为保证不激励起除HE₁₁模以外的其他模式，圆波导4的内半径r以及尖锥状介质杆1的相对介电常数ε_r以及工作波长λ需满足下式：

$2*r<\frac{1.22}{\sqrt{{\mathrm{\&epsiv;}}_r-1}}\mathrm{\&lambda;}$

首先选择Ku波段标准波导做为圆波导4，圆波导4的内半径r得以确定；再根据上式选择合适的介电常数ε_r，最终介质选择了常用的聚四氟乙烯；合理的选择圆锥喇叭辐射口2的张角和长度，可以有效降低介质杆喇叭天线馈源的后瓣。在接受频段和发射频段，本发明均具有旋转对称的辐射方向图、小于-35dB的交叉极化电平。见图5、图6。

通过改变尖锥状介质杆1的锥削程度以及其在圆锥喇叭辐射口2、圆波导4中的位置，可以本文所发明馈源的增益和波瓣宽度，灵活的适应不同天线系统的需求。参照图7，保持L1＝4*r，改变尖锥状介质杆1的锥削程度(即改变L2的长度)时，本发明在接收频段辐射方向图的增益和波瓣宽度变化如表1所示，发射频段辐射方向图的增益和波瓣宽度变化如表2所示(r为圆波导4的半径)：

表一

表二

保持L2＝4*r，改变尖锥状介质杆1在圆锥喇叭辐射口2、圆波导4中的位置(即改变L1的长度)时，本发明在接收频段辐射方向图的增益和波瓣宽度变化如表3所示，发射频段辐射方向图的增益和波瓣宽度变化如表4所示(r为圆波导4的半径)：

表三

表四

因此，本发明可以灵活的适应不同天线系统的不同需求。

以上，向熟悉本技术领域的人员提供本发明的描述以使他们易于理解与运用本发明。对于熟悉本技术领域的人员，对这些实施例的各种变更是显而易见的，而无需创造性的劳动。因此，本发明并不仅限定在这里所述的方案，而是与所述的权利要求一致的范围。

Claims (6)

1.一种收发双极化双频段的介质杆喇叭天线馈源装置，包括尖锥状介质杆(1)、圆锥喇叭辐射口(2)、塑料螺钉(3)、圆波导(4)、发射SMA接头(5)、金属反射杆(6)、接收SMA接头(7)。其中，插入圆锥喇叭辐射口(2)的尖锥状介质杆(1)由塑料螺钉(3)进行固定。发射SMA接头(5)及接收SMA接头(7)采用微波通信中经常使用的50欧姆SMA接头，金属反射杆(6)通过焊接或打孔固定在圆波导(4)当中。

2.根据权利要求1所述的收发双极化双频段的介质杆喇叭天线馈源，其特征在于所述的发射SMA接头(5)与接收SMA接头(7)的正交结构实现了收发双极化。

3.根据权利要求1所述的收发双极化双频段的介质杆喇叭天线馈源，其特征在于在所述的发射SMA接头(5)与接收SMA接头(7)之间，引入了金属反射杆(6)。

4.根据权利要求1所述的收发双极化双频段的介质杆喇叭天线馈源，其特征在于所述的尖锥状介质杆(1)的双尖锥结构及其介电常数的选择。

5.根据权利要求1所述的收发双极化双频段的介质杆喇叭天线馈源，其特征在于相对于通常的介质杆天线形式，增加了圆锥喇叭辐射口(2)的结构。

6.根据权利要求1所述的收发双极化双频段的介质杆喇叭天线馈源，其特征在于可通过塑料螺钉(3)来调节尖锥状介质杆(1)在圆锥喇叭辐射口(2)及圆波导(4)中的位置。

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