CN103066380B - 一种特定波束赋形天线 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种特定波束赋形天线设计方案，包括：圆极化器、圆锥喇叭，螺旋线，螺旋线支架以及同轴波导转换器。同轴波导转换器接收同轴电缆传输过来的电磁波，经圆极化器、圆锥喇叭向外部空间辐射，并在喇叭轴向方向具有了较高增益。辐射电磁波在前端螺旋线上产生感应电流，形成螺旋线二次辐射，与圆锥喇叭辐射场叠加，产生所需的特定波束赋形辐射方向图，提高了在给定角度范围内天线辐射增益值。本发明采用圆锥喇叭加载螺旋线的方式解决了特定波束范围内赋形方向图要求，有效提高了特定波束范围内增益指标。
Description
技术领域
本发明涉及一种特定波束赋形天线，尤其是一种用于深空探测器传输X波段无线电波的通信天线。
背景技术
目前，公知的一般定向波束天线辐射方向图呈现轴向增益较高，在轴向两侧增益随偏离角度增加，增益逐渐降低现象。在特定波束（±30°）范围内增益可实现6~6.5dB。
公知的赋形宽波束天线(短杯多模同轴喇叭、双臂螺旋、四臂螺旋)辐射方向图在波束宽度为±30°范围内增益低于6dB。
在深空探测中，由于轨道位置需求，要求在特定波束（±30°）内增益大于8dB。上述公知的天线方案均无法满足指标要求。
发明内容
为了解决上述现有技术的不足，提供一种特定波束赋形天线，首先通过圆锥喇叭实现具有较高增益的辐射方向图（轴向增益大于12dB），之后在圆锥喇叭前端一定距离位置加载具有一定的直径、一定圈数的螺旋线。通过在螺旋线上感应电流产生二次辐射，与圆锥喇叭的辐射场叠加产生特定波束，提高特定波束内增益指标。
为了达到上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种特定波束赋形天线，特定波束赋形天线包括：同轴波导转换器、圆极化器、圆锥喇叭、螺旋线，同轴波导转换器、圆极化器、圆锥喇叭依次连接，螺旋线设置在与圆锥喇叭的口面相对的上方；
同轴波导转换器接收一同轴电缆传输的电磁波，电磁波经圆极化器、圆锥喇叭向外部空间辐射，在圆锥喇叭的周围形成圆锥喇叭辐射场，辐射的电磁波在螺旋线上产生感应电流，形成螺旋线二次辐射，螺旋线二次辐射与圆锥喇叭辐射场叠加，产生所需的特定波束赋形。
较佳的，螺旋线直径为30mm，圈数为8圈，螺旋升角为8°，螺旋线螺距8~9mm，设置在圆锥喇叭的口面中心上方70mm处。
较佳的，各圈的螺旋线的直径相同，且直径大于半个电磁波的波长。
较佳的，圆锥喇叭的口径为70mm，半张角为25°，在轴向方向的增益高于标准圆波导轴向方向的增益。
较佳的，螺旋线通过螺旋线支架固定在圆锥喇叭的口面上方，螺旋线与螺旋线支架采用胶结方式固定。
较佳的，特定波束赋形天线还包括电接口，电接口包括同轴SMA/TNC型标准高频插座或圆波导或矩形波导接口。
本发明通过圆锥喇叭加载螺旋线方式取得了在特定波束范围内提高增益目的的有益成果。经测试，本发明天线在特定波束（±30°）增益大于8.5dB，特定波束（±30°）内增益大于8.2dB，实现了天线的特定波束赋形增益要求。
本发明可以应用于各种特定波束天线发射/接收系统。
附图说明
图1是本发明一种特定波束赋形天线的结构图；
图2是典型的增益仿真辐射方向图；
图3是本发明一种特定波束赋形天线的实测增益辐射方向图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
图1是本发明特定波束赋形天线设计方案的结构图。本发明的装置包括：圆极化器1、圆锥喇叭2，螺旋线3，螺旋线支架4以及同轴波导转换器5。首先同轴波导转换器5接收同轴电缆传输的电磁波，通过圆锥喇叭2实现一定增益辐射方向图，然后在圆锥喇叭2前端一定距离位置加载一定直径、一定圈数的螺旋线3。通过在螺旋线3上感应电流产生二次辐射，与圆锥喇叭2的辐射场叠加产生特定波束，提高特定波束内增益指标。在本实施例中，天线支架4是作为螺旋线3的支撑体而存在，螺旋线与螺旋线支架采用胶结方式固定，技术人员也可采用其他的方式固定螺旋线3，本发明在此并不做限制，任何通过螺旋线的感应电流产生二次辐射的思想皆属于本发明的保护范围之内。
在本实施例中，各部件的尺寸根据不同要求采用以下范围：圆锥喇叭口面直径为Ф70mm、喇叭张角10°；螺旋线直径为Ф8～10mm、螺旋线螺距8~9mm。
本天线的电接口包括：SMA/TNC型标准高频插座或者采用标准圆波导或矩形波导接口，机械安装接口根据需要确定。
图2是典型的天线增益辐射方向图，图3是本发明一种特定波束赋形天线的实测增益辐射方向图，表明本发明达到的效果，在±30°波束内实现赋形方向图，提高波束内增益。通过不同的结构尺寸，可达到不同的电性能要求，实现提高特定波束内增益功能。
下面以YH-1火星探测器低增益接收天线为例，进一步描述本发明。该项目天线方向图指标要求为：在±30°波束范围内增益大于8dB。
本发明实施例中，天线圆锥喇叭口径为70mm，半张角25°，各圈的螺旋线的直径相同，为30mm，且直径大于半个所述电磁波的波长，螺旋圈数8圈，螺旋升角8°，螺旋距喇叭口面中心最近距离70mm。
本发明实施例的测试结果：天线在规定的±30°角度增益大于8.5dB，±30°波束范围内增益大于8.2dB，天线外形尺寸Φ75mm×360mm、天线重量0.28kg，有效满足了型号需求，提高了测控数传链路指标。
以上公开的仅为本申请的一个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。
Claims (4)
1.一种特定波束赋形天线，其特征在于，所述特定波束赋形天线包括：同轴波导转换器、圆极化器、圆锥喇叭、螺旋线，所述同轴波导转换器、圆极化器、圆锥喇叭依次连接，所述螺旋线设置在与所述圆锥喇叭的口面相对的上方；
所述同轴波导转换器接收一同轴电缆传输的电磁波，所述电磁波经所述圆极化器、所述圆锥喇叭向外部空间辐射，在所述圆锥喇叭的周围形成圆锥喇叭辐射场，所述辐射的电磁波在所述螺旋线上产生感应电流，形成螺旋线二次辐射，所述螺旋线二次辐射与所述圆锥喇叭辐射场叠加，产生所需的特定波束赋形；
所述螺旋线直径为30mm，圈数为8圈，螺旋升角为8°，螺旋线螺距8～9mm，设置在所述圆锥喇叭的口面中心上方70mm处；所述各圈的螺旋线的直径相同，且直径大于半个所述电磁波的波长。
2.根据权利要求1所述的特定波束赋形天线，其特征在于，所述圆锥喇叭的口径为70mm，半张角为25°，在轴向方向的增益高于标准圆波导轴向方向的增益。
3.根据权利要求1所述的特定波束赋形天线，其特征在于，所述螺旋线通过螺旋线支架固定在所述圆锥喇叭的口面上方，所述螺旋线与所述螺旋线支架采用胶结方式固定。
4.根据权利要求1所述的特定波束赋形天线，其特征在于，所述的特定波束赋形天线还包括电接口，所述电接口包括同轴SMA/TNC型标准高频插座或圆波导或矩形波导接口。
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