CN102938497B - 一种四频多极化共口径馈源 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种四频多极化共口径馈源，由Ku频段的双线极化天线和Ka频段的双圆极化天线复合而成，包括圆锥喇叭、Ku圆波导、调谐螺钉、Ku法兰、水平极化功分器、第一法兰、垂直极化功分器、介质杆、圆波导馈电窗、截止螺钉、过渡段和双圆极化天线，Ku频段天线采用四端口对称馈电，提高方向图的对称性，Ku频段的电磁场传输波导作为Ka频段电磁场的过渡段，谐振介质杆嵌入Ku频段波导内传输Ka频段电磁波，极大提高了天线的紧凑性；利用介质波导和圆锥喇叭嵌套技术解决天线波束一致和共相位中心问题，保证四个工作频带内的方向图一致性和相位中心的一致性，增加了各个频段之间的隔离，提高了天线的紧凑性。

Description

一种四频多极化共口径馈源

技术领域

本发明涉及一种四频多极化共口径馈源，特别涉及四种状态工作，分别为Ka频段两种工作状态和Ku频段两种工作状态，属于移动卫星通信系统技术领域。

背景技术

作为馈源的天线对方向图有一定要求，多频段天线需要采用特殊结构来实现不同频段方向图的相同方向图锥削；多频段天线的实现一般都采用单天线宽频带设计或者是多天线复合设计；相位中心一致并且有一定稳定度要求的天线不仅在结构上需要具有对称性，而且在表面电流的分配上也能够均匀，并应具有相应的调协结构调整不同频段的相位中心位置；结构紧凑需要天线采用小型化设计或有较好的复合设计的方法，并且要求不同频段间要有一定的隔离度。

现阶段螺旋天线、波纹喇叭天线等都可以实现较宽频带，但是要实现单天线覆盖跨度较大的多频段，且在工作频带内实现较为一致的方向图则比较困难；天线复合设计能够实现跨度较大四个工作频带的较为一致方向图，但一般情况下天线体积较大，并且实现不同频段的天线相位中心保持一致则难度较大。为了避免馈源对电磁波的遮挡，作为馈源的天线需要自身具有很高的紧凑性，体积缩小多频段隔离度就会变差，这就需要天线自身具有提高频段间隔离度的结构设计。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种四频多极化共口径馈源，极大提高了天线的紧凑性，保证四个工作频带内的方向图一致性和相位中心的一致性，提高天线不同频段间的隔离度。

本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：

一种四频多极化共口径馈源，包括圆锥喇叭、Ku圆波导、四个调谐螺钉、Ku法兰、水平极化功分器、第一法兰、垂直极化功分器、介质杆、四个截止螺钉、过渡段和双圆极化天线，其中双圆极化天线由金属阶梯圆极化器、圆波导、第二法兰、右旋圆极化波导口、右旋阻抗变换、左旋阻抗变换和左旋圆极化波导口组成，水平极化功分器和垂直极化功分器固定在Ku圆波导上，圆锥喇叭则通过Ku法兰固定在第一法兰上，水平极化功分器和垂直极化功分器均覆盖了Ku频段的两个工作频带带宽，两个调谐螺钉分别安装在水平极化功分器两个波导的宽边上，两个截止螺钉分别安装在水平极化功分器两个波导的窄边上，另外两个调谐螺钉分别安装在垂直极化功分器两个波导的宽边上，另外两个截止螺钉分别安装在垂直极化功分器两个波导的窄边上；介质杆压接安装在圆波导和过渡段之间，使Ka频段电磁场束缚在介质杆中，过渡段对Ka频段电磁场起到阻抗变换的作用，金属阶梯圆极化器通过第二法兰固定到第一法兰上，第二法兰上部为圆波导，金属阶梯圆极化器与左旋阻抗变换和右旋阻抗变换连接，左旋圆极化波导口和右旋圆极化波导口分别通过左旋阻抗变换和右旋阻抗变换对金属阶梯圆极化器进行馈电，形成Ka频段圆极化电磁波。

在上述四频多极化共口径馈源中，Ku圆波导上开有四个圆波导馈电窗，水平极化功分器和垂直极化功分器上的四个波导插入四个圆波导馈电窗中，并通过垫块固定连接。

在上述四频多极化共口径馈源中，第一法兰上的第三法兰与过渡段下部的第四法兰固定连接，实现了双圆极化天线与过渡段的连接。

在上述四频多极化共口径馈源中，通过调节介质杆的粗细调节高频段圆极化方向图的锥削，调节介质杆的长度调节高频段圆极化方向图的相位中心。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)本发明馈源采用四频共口径设计，Ku频段天线采用四端口对称馈电，提高方向图的对称性，Ku频段的电磁场传输波导作为Ka频段电磁场的过渡段，谐振介质杆嵌入Ku频段波导内传输Ka频段电磁波，极大提高了天线的紧凑性，缩减了天线的体积，优化了天线的结构；

(2)本发明利用介质波导和圆锥喇叭嵌套技术解决天线波束一致和共相位中心问题，保证四个工作频带内的方向图一致性和相位中心的一致性；

(3)本发明通过在Ku频段传输波导窄边添加调谐螺钉的方式提高Ku频段馈电端口对Ka频段的电磁场地隔离度；同时利用Ka频段的传输波导口作为Ku频段电磁波的隔离窗，两种方式很好的解决了多频段共口径天线的隔离度问题；

(4)本发明馈源Ka频段的两个工作频带左旋和右旋圆极化天线放置在馈源底部，Ka频段电磁场束缚到介质杆中，调节介质杆的长短就可以调节Ka频段两个工作频带方向图相位中心的位置，调节介质杆的粗细可以调节Ka频段天线方向图的锥削；通过此种方式使馈源具有四个工作频段方向图形状和相位中心的可调性，实现了四频共口径的需求。

附图说明

图1为本发明四频多极化共口径馈源整体结构图；

图2为本发明四频多极化共口径馈源沿轴向的剖面图；

图3为本发明四频多极化共口径馈源中双圆极化天线结构图；

图4为本发明Ku接收频段中心频点实测归一化方向图；

图5为本发明Ku发射频段中心频点实测归一化方向图；

图6为本发明Ka接收频段中心频点实测归一化方向图；

图7为本发明Ka发射频段中心频点实测归一化方向图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

如图1所示为本发明四频多极化共口径馈源整体结构图，图2所示为本发明四频多极化共口径馈源沿轴向的剖面图，本发明四频多极化共口径馈源由Ku频段的双线极化天线和Ka频段的双圆极化天线复合而成。四种工作频带电磁场通过圆锥喇叭1辐射。本发明四频多极化共口径馈源包括圆锥喇叭1、Ku圆波导2、四个调谐螺钉3、Ku法兰4、水平极化功分器5、水平极化波导口6、垫块7、第一法兰8、垂直极化功分器9、垂直极化波导口10、介质杆11、圆波导馈电窗12、四个截止螺钉13、过渡段14和双圆极化天线20。

如图3所示为本发明四频多极化共口径馈源中双圆极化天线结构图，双圆极化天线20由金属阶梯圆极化器15、圆波导16、第二法兰17、右旋圆极化波导口18、右旋阻抗变换19、左旋阻抗变换21和左旋圆极化波导口22组成。

如图1、2所示，水平极化功分器5和垂直极化功分器9固定在Ku圆波导2上，圆锥喇叭1则通过Ku法兰4固定在第一法兰8上，水平极化功分器5和垂直极化功分器9均覆盖了Ku频段的两个工作频带带宽。如图2，Ku圆波导2上开有四个圆波导馈电窗12，水平极化功分器5和垂直极化功分器9上的四个波导插入四个圆波导馈电窗12中，并通过垫块7固定连接，满足紧凑型馈源设计的需要。系统分别对水平极化功分器5上的水平极化波导口6和垂直极化功分器9上的垂直极化波导口10馈电，功率分配后通过Ku圆波导2上的圆波导馈电窗12进行四端口对称馈电。

两个调谐螺钉3分别安装在水平极化功分器5两个波导的宽边上，两个截止螺钉13分别安装在水平极化功分器5两个波导的窄边上，另外两个调谐螺钉3分别安装在垂直极化功分器9两个波导的宽边上，另外两个截止螺钉13分别安装在垂直极化功分器9两个波导的窄边上。宽边调谐螺钉3用来调节Ku频段天线的驻波比，而截至螺钉13则提高了圆波导馈电窗12对Ka频段电磁场的隔离度。

为了调节Ka圆极化方向图的锥削和相位中心，将介质杆11压接安装在圆波导16和过渡段14之间，使Ka频段电磁场束缚在介质杆11中，过渡段14对Ka频段电磁场起到阻抗变换的作用，圆波导16和过渡段14对Ku频段电磁波形成隔离窗，提高圆极化器15对Ku频段电磁波的隔离。第一法兰8上的第三法兰23与过渡段14下部的第四法兰24固定连接，实现了双圆极化天线20与过渡段14的连接。金属阶梯圆极化器15通过第二法兰17固定到第一法兰8上，第二法兰17上部为圆波导16，金属阶梯圆极化器15与左旋阻抗变换21和右旋阻抗变换19连接，左旋圆极化波导口22和右旋圆极化波导口18分别通过左旋阻抗变换21和右旋阻抗变换19对金属阶梯圆极化器15进行馈电，形成Ka频段圆极化电磁波。

调节介质杆11的粗细可调节高频段圆极化方向图的锥削，而介质杆11的长短则主要影响方向图的相位中心。

本发明Ka频段天线安装于馈源底部的设计方式，大大提高了天线的紧凑型，并利用Ka频段的传输波导作为Ku频段的隔离窗。Ku频段天线利用四端口方波导对称馈电提高天线方向图的对称性，并通过方波导窄边添加调节螺钉的方式提高馈电端口对Ka频段天线的隔离度。

本发明四频多极化共口径馈源采用共口径天线设计，极大的提高了天线的紧凑性；利用介质波导和圆锥喇叭嵌套技术解决天线波束一致和共相位中心问题，馈源Ka频段的两个工作频带左旋和右旋圆极化天线放置在馈源底部，Ka频段电磁场束缚到介质杆中，调节介质杆的长短就可以调节Ka频段两个工作频带方向图相位中心的位置，介质杆的粗细则主要影响Ka频段天线方向图的锥削；Ku频段天线通过四根矩形波导覆盖两个工作频带，四根波导对天线进行对称馈电，利用矩形馈电波导窄边调谐螺钉来增加对Ka频段的电磁波隔离度，宽边调节螺钉调节Ku频段端口驻波比；四个频段的电磁波通过顶端的圆锥喇叭辐射，圆锥喇叭主要用来调节Ku频段方向图的相位中心位置与方向图锥削，结合介质杆调谐Ka频段电磁场使馈源四个频段方向图和相位中心保持一致。

实施例1

本发明四频多极化共口径馈源组成的环焦抛物面天线性能表现良好，实现了多频高效率低旁瓣。作为天馈分系统很好的配合系统完成语音、数据通信。表1和表2为天线在NSI球面近场测试系统中的实测数据。

表1Ku频段天线方向图测试结果

表2Ka频段天线方向图测试结果

如图4、5所示分别为实施例1中Ku接收频段、发射频段中心频点实测归一化方向图；图6、7所示分别为实施例1中Ka接收频段、发射频段中心频点实测归一化方向图；由图可知，天线方向图规整，由本发明组成的环焦抛物面天线实现了四频共口径，低旁瓣，高效率，多极化的功能。天线具体测试指标总结如表1和表2所示。

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 (4)

1.一种四频多极化共口径馈源，其特征在于包括圆锥喇叭(1)、Ku圆波导(2)、四个调谐螺钉(3)、Ku法兰(4)、水平极化功分器(5)、第一法兰(8)、垂直极化功分器(9)、介质杆(11)、四个截止螺钉(13)、过渡段(14)和双圆极化天线(20)，其中双圆极化天线(20)由金属阶梯圆极化器(15)、圆波导(16)、第二法兰(17)、右旋圆极化波导口(18)、右旋阻抗变换(19)、左旋阻抗变换(21)和左旋圆极化波导口(22)组成，水平极化功分器(5)和垂直极化功分器(9)固定在Ku圆波导(2)上，圆锥喇叭(1)则通过Ku法兰(4)固定在第一法兰(8)上，水平极化功分器(5)和垂直极化功分器(9)均覆盖了Ku频段的两个工作频带带宽，两个调谐螺钉(3)分别安装在水平极化功分器(5)两个波导的宽边上，两个截止螺钉(13)分别安装在水平极化功分器(5)两个波导的窄边上，另外两个调谐螺钉(3)分别安装在垂直极化功分器(9)两个波导的宽边上，另外两个截止螺钉(13)分别安装在垂直极化功分器(9)两个波导的窄边上；介质杆(11)压接安装在圆波导(16)和过渡段(14)之间，使Ka频段电磁场束缚在介质杆(11)中，过渡段(14)对Ka频段电磁场起到阻抗变换的作用，金属阶梯圆极化器(15)通过第二法兰(17)固定到第一法兰(8)上，第二法兰(17)上部为圆波导(16)，金属阶梯圆极化器(15)与左旋阻抗变换(21)和右旋阻抗变换(19)连接，左旋圆极化波导口(22)和右旋圆极化波导口(18)分别通过左旋阻抗变换(21)和右旋阻抗变换(19)对金属阶梯圆极化器(15)进行馈电，形成Ka频段圆极化电磁波。

2.根据权利要求1所述的一种四频多极化共口径馈源，其特征在于：所述Ku圆波导(2)上开有四个圆波导馈电窗(12)，水平极化功分器(5)和垂直极化功分器(9)上的四个波导插入四个圆波导馈电窗(12)中，并通过垫块(7)固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种四频多极化共口径馈源，其特征在于：所述第一法兰(8)上的第三法兰(23)与过渡段(14)下部的第四法兰(24)固定连接，实现了双圆极化天线(20)与过渡段(14)的连接。

4.根据权利要求1所述的一种四频多极化共口径馈源，其特征在于：通过调节介质杆(11)的粗细调节高频段圆极化方向图的锥削，调节介质杆(11)的长度调节高频段圆极化方向图的相位中心。