CN102570050A - 长焦后馈超高性能微波抛物面天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种长焦后馈超高性能微波抛物面天线，包括组合为一个冲压或旋压而成的标准旋转抛物面形主反射器，一个沿主反射器轴线方向馈电的圆波导管、一个赋形的旋转对称的介质溅散板、一个在介质溅散板底面经由金属镀膜而形成的副反射器、一个将圆波导管和主反射器连接在一起的馈源连接盘、一个连接于主反射器外边延的金属屏蔽圈、以及其他组装与安装零部件。圆波导管、馈源连接盘、介质溅散板，三个零件同处于主反射器的轴线上，通过粘结组装在一起，构成整个天线的核心。本发明长焦后馈超高性能微波抛物面天线电气性能优良，可在微波电路密集的地方使用，成本较低，外型美观，实用性强，易于加工，一致性好，更能适用大批量生产。

Description

长焦后馈超高性能微波抛物面天线

技术领域

本发明涉及一种微波天线，尤其涉及一种长焦后馈超高性能微波抛物面天线。

背景技术

抛物面天线是一种定向微波天线，由抛物面反射器和辐射器组成，辐射器装在抛物面反射器的焦点或焦轴上。辐射器发出的电磁波经过抛物面的反射，形成方向性很强的波束。抛物面天线具有结构简单、方向性强、工作频带较宽等优点。缺点是：由于辐射器位于抛物面反射器的电场中，因而反射器对辐射器的反作用大，天线与馈线很难得到良好匹配；背面辐射较大；防护度较差；制作精度高。在微波中继通信、对流层散射通信、雷达及电视中广泛应用这种天线。

目前微波抛物面天线的馈电方式有前馈，后馈，偏馈等；最经典的是前馈弯波导式馈源，由于其结构紧凑，效率高而得到了广泛的应用。然而由于其加工成型复杂，成本高，一致性不好，且由于弯波导的遮挡使得天线方向图的圆对称性不好，进而也影响了天线的其他电气性能。

申请人在前期已研制的溅散板直波导馈源短焦微波抛物面天线已很好的解决了上述传统弯波导馈源微波天线存在的问题，然而随着通讯技术的不断发展，需要使用更大口径，更高增益，电气性能更好的微波天线；而溅散板直导馈源短焦微波抛物面天线仅适用于小口径天线，在大口径天线中难以发挥需要的作用。因此迫切需要天线技术的发展来满足这种需求。

发明内容

针对上述微波天线存在的缺陷或不足，本发明的目的在于提供一种性能更加良好、轻便、美观且成本低廉的长焦后馈超高性能微波抛物面天线。

为了实现上述任务，本发明采用如下技术解决方案：

一种长焦后馈超高性能微波抛物面天线，其特征在于，包括：

一个冲压或旋压而成的标准旋转抛物面形主反射器；

一个沿主反射器轴线方向馈电的圆波导管；

一个赋形的旋转对称的介质溅散板，该介质溅散板位于圆波导管上方；

一个在介质溅散板底面经由金属镀膜而形成的副反射器；

一个将圆波导管和主反射器连接在一起的馈源连接盘；

一个连接于主反射器外边延的金属屏蔽圈，所述的金属屏蔽圈的内表面贴有改善电磁辐射性能的吸收材料；

一个覆盖在金属屏蔽圈外侧的天线罩。

本发明的长焦后馈超高性能微波抛物面天线，和现有的天线相比，带来的技术效果是：

1、与弯波导馈源微波天线相比，把前馈变为后馈，增强了天线的宽频带，F/B等特性。

2、以介质作支撑并以附着在介质上的金属薄膜做为副反射器，从而省去了支杆，消除了支杆的遮挡，提高了天线效率。

3、馈源照射角以外的电磁波照射到介质内表面，部分地被反射到介质板副面，经多次反射和折射后到达主面，从而提高了馈源的照射效率。

4、由于采用了副反射器和介质表面赋形的双赋形技术，所以既能控制天线口面的幅度分布又能控制相位分布。这样，就可以采用优化的口面场分布实现预期的辐射场。例如可降低天线旁瓣和背瓣的电平，能够在微波电路密集的地方使用。

5、与卡塞格伦，格里高利及环焦天线相比，省去了副面支杆，结构新颖，便于安装，拆卸和运输。

6、以铝材为主，材料相对便宜，且使得馈源轻便；由于馈源零部件加工工艺简单，组件数量少，易于组装，大大降低了成本。

7、批量生产时无需调试，缩减了生产流程，节省了一定的人力物力，加快了成品速度，缩短了供货周期。

附图说明

图1为本发明的剖视结构示意图；

图2为本发明的仰视结构示意图；

图3为本发明的馈源组装结构示意图；

图4为本发明的介质溅散板结构示意图；

图5为本发明的馈源连接盘俯视结构示意图；

图6为本发明的馈源连接盘剖视结构示意图；

图7为本发明应用在13GHz频段的典型的回波损耗曲线图；

图8为本发明应用在18GHz频段的典型的回波损耗曲线图；

图9为本发明应用在6GHz频段的典型的回波损耗曲线图；

图10为本发明应用于1.8m口径在7.8125GHz频率的E-面辐射方向图及RPE性能；

图11为本发明应用于1.8m口径在7.8125GHz频率的H-面辐射方向图及RPE性能。

图中的标记分别表示：1、馈源连接盘，2、圆波导管，3、介质溅散板，4、副反射器，5、主反射器，6、金属屏蔽圈，7、圆矩变换器，8、铆接孔，9、连接孔，10、通孔，11、翻边，12、金属屏蔽圈，13、吸收材料，14、天线罩，15、粘接剂，16、凹槽，17、压块，18、密封槽，19、矩口，20、测试孔。

下面通过附图实施例对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式

参见图1和图2，本实施例给出一种长焦后馈超高性能抛物面天线，包括：

一个冲压或旋压而成的标准旋转抛物面形主反射器5；

一个沿主反射器(5)轴线方向馈电的圆波导管2；

一个赋形的旋转对称的介质溅散板3，该介质溅散板3位于圆波导管2上方；

一个在介质溅散板3底面经由金属镀膜而形成的副反射器4；

一个将圆波导管2和主反射器5连接在一起的馈源连接盘1；

一个连接于主反射器5外边延的金属屏蔽圈12，所述的金属屏蔽圈12的内表面贴有改善电磁辐射性能的吸收材料13；

一个覆盖在金属屏蔽圈12外侧的天线罩14。

天线罩14与屏蔽圈12连接在一起，且其形态为罩布或罩板。

在能量传送过程中，首先由圆波导管2发射出球面波能量，球面波能量传递到介质溅散板3上经过多次反射和折射达到副反射器4，再由副反射器4经过多次折射和反射辐射到自由空间，进而到达主反射器5，再通过主反射器5反射出去。能量经过这一系列过程从主反射器5反射出去时已从最初始的球面波变为平面波。这是天线作为发射天线的工作原理，作为接收天线时，正好与上述传输路径相反。

本实施例中，最关键的部件为圆波导管2、介质溅散板3、副反射器4和主反射器5，这四个部件为本发明电气性能上最关键之所在，其他部件或为连接件，或为改善产品电气性能，或为其他性能上考虑的部件。圆波导管2理论上是整个天线的馈源，然而作为后馈天线，可将圆波导管2、介质溅散板3和副反射器4三者组合成为天线的实际馈源。三者同处于主反射器5的轴线位置，相互连接，且每个部件旋转对称。

参见图3，根据特定的频段，圆波导管2选取合适的内径以使电磁能量以主模方式传播，圆波导管2的内部从头到尾内径一致，没有任何形变，在加工时要求粗糙度小于1.6。波导管2的外壁两端开有若干凹槽(2a、2b、2c、2d)。凹槽2a的作用可以减少电磁波向主反射器5辐射时的遮挡，凹槽2b为扼流槽，凹槽2c和凹槽2d为密封槽。波导管2的长度与主反射器5的长度的比值符合一定的焦径比，且其总长度超出主反射器5的高度而不超过反射器5上的屏蔽圈12的高度，与天线罩14的底部有一定的距离。

介质溅散板3一端与圆波导管2用粘结剂相连，另一端与副反射器4相连，起到将圆波导管2和副反射器4连接在一起的作用。介质溅散板3由两部分3a和3b分别加工后，经过粘合组装在一起。这样做的好处是节省材料，以及降低加工风险。

介质溅散板3外部轮廓为实心锥体，其最大直径为工作波长的2.5-3.5倍之间，且其高度小于最大直径。介质溅散板3的材料为介电常数在2-3之间的聚合物。材料选的不合适将对电气性能影响很大。只有选取合适介电常数的介质材料，且对介质进行一定的赋形才能有效控制天线口面的幅度分布和相位分布。

参见图4，介质溅散板3插入圆波导管2的部分为至少是两阶式圆柱体，一般为三级圆柱体。圆柱体由细往粗逐阶级变，最顶端的是圆柱体22，紧挨着的是圆柱体23，最粗的圆柱体24的直径与圆波导管2的内径一致，且圆柱体24外表面有一凹槽25。介质溅散板3的圆柱体级数越多，馈源的匹配特性就越好，天线的频带宽度也就越宽，一般根据需要进行调整。介质溅散板3外露于圆波导管2的侧面部分开若干个有一定深度和宽度的环形槽27，环形槽的个数根据需要控制的幅度和相位分布来确定，一般每个槽的深度与宽度都一致，且槽与槽之间的间距26也相同。其上表面为锥面28，锥面28有两处向内的凹槽。上表面的赋形实质是副反射器4的赋形。

副反射器4有两处凸台(29，30)，其为有一定厚度的金属薄膜，附着在介质溅散板3的上表面并与其底面的凹槽相吻合。

副反射器4上的凸台29与凸台30为了实现控制天线口面场的相位分布而设置。副反射器4伸出主反射器5一段距离，所处位置不超出屏蔽圈12，且不与天线罩14相接触，这样可以使得天线罩14对馈源的电压驻波比不构成影响。

馈源连接盘1一端为空心的圆柱体凸台32，由圆波导管2的一端插入其空心处直至底部31并用粘结剂粘结在一起，馈源连接盘1设置有四个通孔33，用来和变换器件7(例如圆矩变换器7)相连接。

本实施例的馈源连接盘1为圆出口，当天线需要出口为矩口时，则在馈源连接盘1处外接一个圆矩变换器7。圆矩变换器7外露的接口端有矩口19，矩口19周围分布有密封槽18和若干测试孔20.

圆波导管2、馈源连接盘1、介质溅散板3和副反射器4四个零件同处于主反射器5的轴线上。

主反射器5为标准旋转抛物面，可由旋压或冲压加工而成。主反射器开口角在60°-80°之间。这个范围的开口角是为了配合本发明所设置的馈源。主反射器5口径在3米以内。主反射器5外边缘有向外的翻边11，翻边11上有一圈与金属屏蔽圈12连接用的通孔10。主反射器5顶部掏空与天线中心盘6铆接在一起。

天线中心盘6的外边缘有一圈铆接孔8，内边缘有四个与馈源连接盘1连接的连接孔9，四个连接孔9分别设置在内边缘的四个凹槽16内，连接时用螺钉与压块17将馈源连接盘1与铆接了天线中心盘6的主反射器5连接在一起。

金属屏蔽圈12外接于主反射器5外边沿，其延伸方向与主反射器5轴线平行，且其长度为工作波长的5-30倍之间。金属屏蔽圈12内表面的吸收材料13的厚度在5-25mm之间。金属屏蔽圈12和吸收材料13的作用为可以降低天线的旁瓣和后瓣，提高了天线的RPE性能。

天线罩14与金属屏蔽圈12连接在一起，天线罩14的形态为罩布或罩板。

经过以上措施，电气方面解决了以下几个问题：

1、解决了传统抛物面天线效率不高的问题，使得天线的效率至少可以达到60％；

2、解决了后馈天线宽频带的问题，在带宽5％时，电压驻波比可以小于1.12；在带宽10％时，电压驻波比小于1.2；在带宽20％时，电压驻波比小于1.3.

3、天线系统各项指标满足甚至超过ETSI CLASS-3标准。

4、解决了传统的溅散板馈源的微波天线只能用于小口径的问题，本发明适用于3米以内的任何口径，对于一些频率较低的天线，可以应用到更大的口径中。

本发明可以在不离开其精神实质和主要特征的情况下以其他各种形式实施。因此上述施例所有的要点只不过是例示，而不是限定性的解释。本领域的普通技术人员在本说明书的教导下，在不脱离本发明的范围的情况下，对技术方案做出非本质的添加和替换，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种长焦后馈超高性能微波抛物面天线，其特征在于，包括：

一个冲压或旋压而成的标准旋转抛物面形主反射器(5)；

一个沿主反射器(5)轴线方向馈电的圆波导管(2)；

一个赋形的旋转对称的介质溅散板(3)，该介质溅散板(3)位于圆波导管(2)上方；

一个在介质溅散板(3)底面经由金属镀膜而形成的副反射器(4)；

一个将圆波导管(2)和主反射器(5)连接在一起的馈源连接盘(1)；

一个连接于主反射器(5)外边延的金属屏蔽圈(12)，所述的金属屏蔽圈(12)的内表面贴有改善电磁辐射性能的吸收材料(13)；

一个覆盖在金属屏蔽圈(12)外侧的天线罩(14)。

2.如权利要求1所述的长焦后馈超高性能微波抛物面天线，其特征在于，所述的主反射器(5)的口径在3米以内，其开口角在60°～80°之间。

3.如权利要求1所述的长焦后馈超高性能微波抛物面天线，其特征在于，所述的圆波导管(2)的两端的外径上开有若干凹槽，其内径为工作波长的0.5倍～0.8倍之间。

4.如权利要求1所述的长焦后馈超高性能微波抛物面天线，其特征在于，所述的介质溅散板(3)外部轮廓为实心锥体，其最大直径为工作波长的2.5倍～4.5倍之间，且其高度小于最大直径，其材料为介电常数在2-3之间的聚合物。

5.如权利要求1所述的长焦后馈超高性能微波抛物面天线，其特征在于，所述的介质溅散板(3)插入圆波导管(2)的部分为至少是两阶阶变式圆柱体，其外露于圆波导管(2)的侧面开若干个有一定深度和宽度的环形槽，且槽宽与槽深及槽间距均相等，介质溅散板(3)的上表面为锥面，锥面上有两处向内的凹槽。

6.如权利要求1所述的长焦后馈超高性能微波抛物面天线，其特征在于，所述的副反射器(4)有两处凸台，其为有一定厚度的金属薄膜，附着在介质溅散板(3)的上表面，并与其上表面的凹槽相吻合。

7.如权利要求1所述的长焦后馈超高性能微波抛物面天线，其特征在于，所述的馈源连接盘(1)一端有空心的圆柱体凸台，由圆波导管(2)的一端插入其空心处直至底部并用粘结剂(15)粘结在一起，馈源连接盘(1)上设置有四个通孔(10)，用来和变换器(7)相连接。

8.如权利要求1所述的长焦后馈超高性能微波抛物面天线，其特征在于，所述的圆波导管(2)、馈源连接盘(1)、介质溅散板(3)和副反射器(4)相互连接且同处于主反射器(5)的轴线上。

9.如权利要求1所述的长焦后馈超高性能微波抛物面天线，其特征在于，所述的金属屏蔽圈(12)外接于主反射器(5)外边沿，其延伸方向与主反射器(5)的轴线平行，且其长度为工作波长的5-30倍之间。

10.如权利要求1所述的长焦后馈超高性能微波抛物面天线，其特征在于，所述的吸收材料(13)的厚度为5mm～25mm之间。

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