CN101895016B - 双反射面微波天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双反射面微波天线，包括主反射面和副反射面，与主反射面连接的馈源管，馈源管在主反射面内侧的一端上连接有馈源，其特征在于，还包括：介质支撑，一端与所述馈源相连，另一端与所述副反射面相连，所述介质支撑包括阶梯形赋形曲面，对经由所述馈源发出的信号或经由所述主反射面反射的信号进行多次反射。本发明还公开了另外两种双反射面微波天线。采用本发明可以提升天线的辐射效率，获得高增益，以及低电压驻波比。

Description

双反射面微波天线

技术领域

本发明涉及微波天线领域，尤其是涉及双反射面微波天线。

背景技术

随着微波天线应用逐渐增多，微波站点的密集度越来越高，为增强微波天线的功效，更好地满足微波通信，需要获得符合高增益、低电压驻波比等特性的微波天线。电压驻波比是指天线负载电压的最大值与最小值的比，短路负载和开路负载情况下，电压驻波比分别为1到无穷大，并且，电压驻波比和天线的反射系数相关联。

现有的微波天线通常采用双反射面微波天线，具体结构如图1所示，包括主反射面101、馈源管102、馈源103、介质支撑104以及副反射面105。其中，介质支撑104的赋形曲面通常为弧形。介质支撑104对馈源103有一定的遮挡效应，双反射面微波天线在工作时，信号在介质支撑104的赋形曲面上进行反射，在弧形的赋形曲面上，信号反射后的角度偏折较大，不容易控制，会导致部分信号很容易偏离信号接收范围，影响微波天线的功效和反射系数，降低了天线辐射效率，降低了天线增益，并在一定程度上影响到电压驻波比，对于微波天线而言，电压驻波比的最大值通常取值为1.3。现有技术中虽然可以通过在馈源103的端口针对阻抗做出精确匹配来获取较低的电压驻波比，但是，实施难度较大，且耗费极大的成本。

信号经馈源103向外界辐射时，为避免部分信号经折射或反射或直接环绕至副反射面105外，影响微波天线的功效，降低了天线辐射效率，现有技术提出一种解决方法，如图2所示，在副反射面105的一侧设置横向扼流槽201，从图2可以看出，横向扼流槽201的排列方向与馈源管102中心轴方向垂直，但是，横向扼流槽201横向长度较大时，会导致对馈源103的遮挡增大，天线辐射效率低。

另外，双反射面微波天线在接收信号时，为了降低副反射面105对经主反射面101反射过来的信号的反射，保障电压驻波比，现有技术提出一种解决方法，如图3所示，在馈源管102及馈源103之间增加匹配环301，但是，匹配环301的固定会带来附加的物料成本，增加了设计的难度，而且匹配环301的形状及材质对接收的信号也可能产生不良影响。

发明内容

本发明实施例提供了一种双反射面微波天线，用于提升天线的辐射效率，获得高增益，以及低电压驻波比，包括主反射面和副反射面，与主反射面连接的馈源管，馈源管在主反射面内侧的一端上连接有馈源，还包括：

介质支撑，一端与所述馈源相连，另一端与所述副反射面相连，所述介质支撑包括阶梯形赋形曲面，对经由所述馈源发出的信号或经由所述主反射面反射的信号进行多次反射，在所述馈源管中心轴方向上所述阶梯形赋形曲面中的每个阶梯的高度为在所述介质支撑中传播的信号波长的四分之一；

空气槽，设置在所述介质支撑中，对经由所述副反射面反射的信号进行多次反射，所述空气槽位于所述介质支撑与所述馈源连接的一端的端口处，在与所述馈源管中心轴方向垂直的方向上所述空气槽的深度为在所述介质支撑中传播的信号波长的0.1-0.4倍。

在本发明实施例中，改变介质支撑的赋形曲面，使得经由主反射面反射的信号，在介质支撑的阶梯形赋形曲面上进行多次反射，偏离了信号接收范围的部分信号在阶梯形赋形曲面上经多次反射后，其中的一部分信号可以进入到信号接收范围，增加天线接收的信号总量。另外，经由馈源发出的信号能够在阶梯形赋形曲面上进行多次反射，能够增加信号的辐射范围。因此，本发明实施例提供的双反射面微波天线能够提高天线的功效，增大天线的辐射效率，获得高增益，另外，本发明实施例提供的双反射面微波天线增加了天线接收的信号总量和信号的辐射范围，因此，还能够影响天线的反射系数，通常，反射系数与电压驻波比成正比，反射系数越大，电压驻波比越小，进而可以在一定程度上保证利用该双反射面微波天线能够达到较低的电压驻波比。另外，将赋形曲面设置为阶梯形时，可以根据阶梯形中每个阶梯的参数获知信号在该阶梯上的反射方向，通过调整每个阶梯的参数就可以较准确地控制信号经多次反射进入信号接收范围，降低了介质支撑优化的难度，进而能够降低工艺设计及制作的难度，节省成本。

进一步，设置纵向扼流槽，避免部分信号经折射或反射或直接环绕至副反射面外，并能够减少遮挡面积，能够降低天线的旁瓣和后瓣，提高微波天线的功效与辐射效率，获得高增益。

进一步，在介质支撑上设置空气槽，能够降低副反射面对接收信号的反射，保障电压驻波比，同时降低设计难度与生产成本。

附图说明

图1是现有技术提供的双反射面微波天线的结构示意图；

图2是现有技术提供的横向扼流槽的位置示意图；

图3是现有技术提供的匹配环的位置示意图；

图4、图8、图9、图11、图12、图13及图14是本发明实施例提供的双反射面微波天线的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的阶梯型赋形曲面的示意图；

图6是本发明实施例提供的经由馈源发出的信号的反射路径；

图7是本发明实施例提供的每个阶梯在馈源管中心轴方向上的高度为λ的四分之一时对应的电压驻波比曲线图；

图10是本发明实施例提供的五条不同的槽宽对应的电压驻波比曲线图。

具体实施方式

为提升天线的辐射效率，获得高增益，以及低电压驻波比，，本发明实施例提供了一种双反射面微波天线，具体结构如图4所示，包括主反射面401和副反射面402，与主反射面401连接的馈源管403，馈源管403在主反射面401内侧的一端上连接有馈源404，还包括：

介质支撑405，一端与馈源404相连，另一端与副反射面402相连，用于利用自身的阶梯形赋形曲面对经由馈源404发出的信号或经由主反射面401反射的信号进行多次反射。

实施时，现有技术中提到，当介质支撑的赋形曲面为弧形时，接收的信号在赋形曲面上进行的反射角度偏折较大，不容易控制，很容易导致部分信号偏离信号接收范围，为保证天线的效率及较低的电压驻波比，必须对赋形曲面进行精确调控。对于现有技术通常采用的弧形的赋形曲面，信号在赋形曲面上只能反射一次，并且，通过控制赋形曲面的弧度进而控制信号的反射方向具有很高的难度，在工艺上十分复杂，且精度较低。同理，经由馈源发出的信号在赋形曲面上进行反射也会影响到天线的辐射效率。因此，本发明实施例提出，改变介质支撑405的赋形曲面为阶梯形，使得经由主反射面401反射的信号，在介质支撑405的赋形曲面上进行多次反射，偏离了信号接收范围的部分信号在赋形曲面上经多次反射后，其中的一部分信号可以进入到信号接收范围，增加天线接收的信号总量。另外，经由馈源403发出的信号能够在赋形曲面上进行多次反射，能够增加信号的辐射范围。因此，本发明实施例提供的双反射面微波天线能够提高天线的功效，增大天线的辐射效率，获得高增益，另外，本发明实施例提供的双反射面微波天线增加了天线接收的信号总量和信号的辐射范围，因此，还能够影响天线的反射系数，通常，反射系数与电压驻波比成正比，反射系数越大，电压驻波比越小，进而可以在一定程度上保证利用该双反射面微波天线能够达到较低的电压驻波比。实施时，可以根据阶梯形中每个阶梯的参数获知信号在该阶梯上进行反射后的信号传递方向，通过调整每个阶梯的参数就可以较准确地控制经主反射面401反射的信号经多次反射进入信号接收范围，或控制经由馈源404发射的信号经多次反射扩大辐射范围，降低了介质支撑405优化的难度，进而能够降低工艺设计及制作的难度，节省成本。当然，在实施时，赋形曲面还可以采用其他图形，能够实现利用赋形曲面对经由主反射面反射的信号或经由馈源发出的信号进行多次反射的目的即可。

实施时，可以将阶梯形的赋形曲面设置为在馈源管403中心轴方向上的两侧对称，介质支撑405的具体结构如图5所示。图4所示的双反射面微波天线采用了对称阶梯形赋形曲面，具体实施时，阶梯形赋形曲面不对称也是可以的。但是，在工艺设计及生产过程中，采用对称阶梯形赋形曲面，只需对一侧进行参数设置，另一侧采用相同的参数即可，能够降低工艺设计及制作的难度。

实施时，一个较优的实施例为：阶梯形的赋形曲面中，每个阶梯在馈源管403中心轴方向上的高度为在介质支撑405中传播的信号波长λ的四分之一。参见图6，当信号经馈源404发出后到达副反射面402，该信号能够在阶梯形的赋形曲面上进行多次反射，相对于弧形的赋形曲面，辐射范围明显增大，且由于每个阶梯在馈源管403中心轴方向上的高度为在介质支撑405中传播的信号波长λ的四分之一，信号在反射过程中不会发生折射，避免了信号在传播过程中造成的损耗。基于类似的原理，当接收的信号在阶梯形的赋形曲面上多次反射时后，相对于弧形的赋形曲面，信号的汇聚程度也相对较高，能够获取较低的电压驻波比。

实施时，当每个阶梯在馈源管403中心轴方向上的高度为λ的四分之一时，若需要获取精确度更高的电压驻波比及其他参数，对每个阶梯而言，只需对其在馈源管403中心轴方向的垂直方向上的长度L进行调节，降低了驻波调试的难度。

现以15G 0.6M微波天线为例，其中，该天线馈源工作频段为15G，主反射面的反射口径为0.6M，本例中采用阶梯形赋形曲面，每个阶梯在馈源管中心轴方向上的高度为λ的四分之一，参见图7，当微波频率在〔14.4G/Hz，15.4G/Hz〕间取值时，电压驻波比均小于1.3。此时，若对微波天线有更高的要求，例如，要求相位特性较佳，可以根据不同L对应的相位特性曲线进行选择，主瓣越平缓相位特性越好。

在一个实施例中，为避免部分信号经折射或反射或直接环绕至副反射面402外，影响微波天线的功效，降低了天线辐射效率，可以在图4所示的双反射面微波天线的基础上，增加纵向扼流槽，具体结构如图8所示，纵向扼流槽801与副反射面402相连，其排列方向与馈源管403中心轴方向平行。相对于现有技术中提到的排列方向与馈源管105中心轴方向垂直的横向扼流槽201，纵向扼流槽801底部的面积与副反射面402的面积保持一致，当信号组成的表面电流沿副反射面402流向背向时，表面电流被纵向扼流槽801截断，能够降低天线的旁瓣和后瓣。实施时，同口径天线对比，当馈源404带有纵向扼流槽801时，天线旁瓣与后瓣相应降低了4～5dB。比起传统的横向扼流槽，本发明实施例提供的纵向扼流槽投影面积要小很多，大大降低了馈源的遮挡，提升天线辐射效率。当然，图8仅仅是一个较佳的具体实例，赋形曲面还可以是对称的阶梯形外的其他图形。

仍以15G 0.6M微波天线为例，扼流槽深度h＝5.0mm，槽宽w＝2.0mm，壁厚d＝2.0mm，此时，采用本发明实施例提供的纵向扼流槽比采用现有技术提到的横向扼流槽能够减少了49％的遮挡面积，进而能够大幅度提升天线辐射效率。

在一个实施例中，保障获取较低的电压驻波比，同时降低设计难度与生产成本，可以在介质支撑405上设置空气槽，信号经副反射面402反射，当到达空气槽边缘时，再次反射回副反射面402，偏离了信号接收范围的部分信号经多次反射后，其中的一部分信号可以进入到信号接收范围，增加天线接收的信号总量，进而能够有效降低副反射面402的反射波强度，达到减少信号回转的目的，保证低电压驻波比，并能够极大的降低了双反射面天线的驻波调试难度。实施时，空气槽的形状可以有多种，例如，可以是圆柱形，也可以是长方体，还可以是其他规则或不规则的形状，能够实现保证低电压驻波比，并能够极大的降低了双反射面天线的驻波调试难度的目的即可。本发明实施例提供了一个较佳的实例，参见图9所示结构，可以在介质支撑405上设置两个对称的空气槽901、902，具体的信号反射过程请参见上文。当然，图9仅仅是一个较佳的具体实例，实施时，空气槽仅存在一个时也能够起到一定的减少信号回转作用，略弱于两个空气槽的情况。

实施时，较优的，空气槽的位置可以设置在介质支撑405与馈源404接口处，此时对副反射面402的反射波强度的降低强度最大。实际应用时，尽量将空气槽的位置设置在接近介质支撑405与馈源404接口处即可，通常，空气槽与馈源404的距离小于介质支撑405长度的二分之一。

较优的，在馈源管401中心轴方向垂直的方向上，空气槽的深度为在介质支撑405中传播的信号波长的0.1-0.4倍。

仍以15G 0.6M微波天线为例，图10展示了五条不同的槽宽对应的电压驻波比曲线图，从最右侧看，从上到下槽宽分别为5.0mm、4.5mm、4.0mm、3.5mm以及3.0mm。从图10可以看出，槽宽不同，相同的频率段，对应的电压驻波比不同，因此，可以通过优化空气槽宽度，达到迅速改善馈源的驻波特性的目的。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了另外一种双反射面微波天线，具体结构如图11所示，包括主反射面1101和副反射面1102，与主反射面1101连接的馈源管1103，馈源管1103在主反射面1101内侧的一端上连接有馈源1104，一端与馈源1104相连、另一端与副反射面1102相连的介质支撑1105，还包括：纵向扼流槽1106，与副反射面1102相连，其内腔与馈源管1103中心轴方向平行。

相对于现有技术中提到的内腔与馈源管102中心轴方向垂直的横向扼流槽201，纵向扼流槽1106底部的面积与副反射面1102的面积保持一致，当信号组成的表面电流沿副反射面1102流向背向时，表面电流被纵向扼流槽1106截断，能够降低天线的旁瓣和后瓣。实施时，同口径天线对比，当馈源1104带有纵向扼流槽1106时，天线旁瓣与后瓣相应降低了4～5dB。比起传统的横向扼流槽，本发明实施例提供的纵向扼流槽投影面积要小很多，大大降低了馈源的遮挡，提升天线辐射效率。

仍以15G 0.6M微波天线为例，扼流槽深度h＝5.0mm，槽宽w＝2.0mm，壁厚d＝2.0mm，此时，采用本发明实施例提供的纵向扼流槽比采用现有技术提到的横向扼流槽能够减少了49％的遮挡面积，进而能够大幅度提升天线辐射效率。

在一个实施例中，降低副反射面对接收信号的反射，保障电压驻波比，同时降低设计难度与生产成本，参见图12所示结构，可以在介质支撑1105上设置空气槽1201、1202。信号经副反射面1102反射，当到达空气槽1201或1203边缘时，再次反射回副反射面1102，经多次反射后，部分偏离信号接收范围的信号能够进行信号接收范围，有效降低副反射面1102的反射波强度，达到减少信号回转的目的，保证低电压驻波比，并能够极大的降低了双反射面天线的驻波调试难度。当然，图12仅仅是一个较佳的具体实例，实施时，空气槽仅存在一个时也能够起到一定的减少信号回转作用，略弱于两个空气槽的情况。

实施时，较优的，空气槽的位置可以设置在介质支撑1105与馈源1104接口处，此时对副反射面1102的反射波强度的降低强度最大。实际应用时，尽量将空气槽的位置设置在接近介质支撑1105与馈源1104接口处即可，通常，空气槽与馈源1104的距离小于介质支撑1105长度的二分之一。

较优的，空气槽在馈源管1103中心轴方向的垂直方向上的深度为在介质支撑1105中传播的信号波长的0.1-0.4倍。具体实施例请参见图10所示案例。

当然，实施时，也可以在图11或图12所示的实施例的基础上将赋形曲面修改为阶梯形，以获得更优的实施例及实施方式。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了另外一种双反射面微波天线，主反射面和副反射面，与主反射面连接的馈源管，馈源管在主反射面内侧的一端上连接有馈源，一端与馈源相连、另一端与副反射面相连的介质支撑，还包括：空气槽，设置在介质支撑中，用于对经由副反射面反射的信号进行多次反射。一种较佳的实施例如图13所示，包括主反射面1301、馈源管1302、馈源1303、介质支撑1304及副反射面1305，还包括对称的两个空气槽，分别标识为1306、1307。当然，图13仅仅是一个较佳的具体实例，实施时，空气槽仅存在一个时也能够起到一定的减少信号回转作用，略弱于两个空气槽的情况。

实施时，较优的，空气槽的位置可以设置在介质支撑1304与馈源1303接口处，此时对副反射面1305的反射波强度的降低强度最大。实际应用时，尽量将空气槽的位置设置在接近介质支撑1304与馈源1303接口处即可，通常，空气槽与馈源1303的距离小于介质支撑1304长度的二分之一。

较优的，空气槽在馈源管1302中心轴方向的垂直方向上的深度为在介质支撑1304中传播的信号波长的0.1-0.4倍。

当然，实施时，也可以在图13所示的实施例的基础上将赋形曲面修改为阶梯形，和/或在图13所示的实施例的基础上增加纵向扼流槽，以获得更优的实施例及实施方式。

综合上述内容，本发明实施例可采用的一种最佳实施例是以上几种实施方式的结合，具体如图14所示，本例中，包括主反射面1401、馈源管1402、馈源1403、介质支撑1404、副反射面1405以及纵向扼流槽1406，其中，介质支撑1404的赋形曲面为在馈源管1402中心轴方向上两侧对称的阶梯形，且在馈源管1402中心轴方向上，赋形曲面的每个阶梯的高度为在介质支撑1404中传播的信号波长λ的四分之一。另外，介质支撑1404中设置有两个对称的空气槽1407、1408。

在具体实施时，本发明实施例提供的几种双反射面微波天线可以根据实际情况进行任意组合。

在本发明实施例中，改变介质支撑的赋形曲面，使得经由主反射面反射的信号，在介质支撑的阶梯形赋形曲面上进行多次反射，偏离了信号接收范围的部分信号在阶梯形赋形曲面上经多次反射后，其中的一部分信号可以进入到信号接收范围，增加天线接收的信号总量。另外，经由馈源发出的信号能够在阶梯形赋形曲面上进行多次反射，能够增加信号的辐射范围。因此，本发明实施例提供的双反射面微波天线能够提高天线的功效，增大天线的辐射效率，获得高增益，另外，本发明实施例提供的双反射面微波天线增加了天线接收的信号总量和信号的辐射范围，因此，还能够影响天线的反射系数，通常，反射系数与电压驻波比成正比，反射系数越大，电压驻波比越小，进而可以在一定程度上保证利用该双反射面微波天线能够达到较低的电压驻波比。另外，将赋形曲面设置为阶梯形时，可以根据阶梯形中每个阶梯的参数获知信号在该阶梯上的反射方向，通过调整每个阶梯的参数就可以较准确地控制信号经多次反射进入信号接收范围，降低了介质支撑优化的难度，进而能够降低工艺设计及制作的难度，节省成本。

进一步，阶梯形赋形曲面设置为在馈源管中心轴方向上的两侧对称，在工艺设计及生产过程中，只需对一侧进行参数设置，另一侧采用相同的参数即可，降低了工艺设计及制作的难度。

进一步，设置纵向扼流槽，避免部分信号经折射或反射或直接环绕至副反射面外，并能够减少遮挡面积，能够降低天线的旁瓣和后瓣，提高微波天线的功效与辐射效率，获得高增益。

进一步，在介质支撑上设置空气槽，能够降低副反射面对接收信号的反射，保障电压驻波比，同时降低设计难度与生产成本。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变形属于本发明权利要求及其等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形在内。

Claims (3)

1.一种双反射面微波天线，包括主反射面和副反射面，与主反射面连接的馈源管，馈源管在主反射面内侧的一端上连接有馈源，其特征在于，还包括：

介质支撑，一端与所述馈源相连，另一端与所述副反射面相连，所述介质支撑包括阶梯形赋形曲面，对经由所述馈源发出的信号或经由所述主反射面反射的信号进行多次反射，在所述馈源管中心轴方向上所述阶梯形赋形曲面中的每个阶梯的高度为在所述介质支撑中传播的信号波长的四分之一；

空气槽，设置在所述介质支撑中，对经由所述副反射面反射的信号进行多次反射，所述空气槽位于所述介质支撑与所述馈源连接的一端的端口处，在与所述馈源管中心轴方向垂直的方向上所述空气槽的深度为在所述介质支撑中传播的信号波长的0.1-0.4倍。

2.如权利要求1所述的双反射面微波天线，其特征在于，还包括：

纵向扼流槽，与所述副反射面相连，所述扼流槽排列方向与馈源管中心轴方向平行。

3.如权利要求1所述的双反射面微波天线，其特征在于，在所述馈源管中心轴方向上，所述阶梯形赋形曲面两侧对称。

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