CN103094714B - 一种高效率介质导抛物面天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效率介质导抛物面天线，包括主反射面、副反射面、介质导以及馈电圆波导，所述副反射面通过介质导与馈电圆波导连接，所述馈电圆波导下端穿过主反射面中心，所述介质导由直径不等的多层圆柱体组成，整体呈锥形，其宽端表面与所述副反射面相嵌式贴合，窄端插入所述馈电圆波导内，所述副反射面整体呈锥形，在所述副反射面外锥面设置有凹槽使其外表面形成与介质导相配合的台阶结构，所述副反射面设置在主反射面内、主反射面开口端面以下。本发明作为小口径天线的新型设计和应用，具有效率高，匹配性好，电压驻波比小，低剖面，低风载负荷的优点，天线整体结构紧凑，纵向尺寸短，适合作为应用到移动载体的卫星接收天线。

Description

一种高效率介质导抛物面天线

技术领域

本发明涉及卫星接收天线技术领域，特别涉及一种应用于移动载体卫星信号接收的高效率介质导抛物面天线。

背景技术

目前卫星电视接收天线有采用单偏置反射面天线、卡塞格伦天线和环焦天线等。卡塞格伦天线和环焦天线适合于大、中型口径天线，针对小口径天线设计难度大，支杆遮挡无法避免，副面遮挡百分比较大，优势发挥不出来。应用在移动载体的卫星接收天线要求天线有良好电气性能和短纵向尺寸、低剖面、低风载负荷应的结构特点。单偏置天线纵向尺寸较长，需经赋形后，截取部分面积，天线电气性能受损失大。

发明的内容

本发明的目的在于：对上述存在的问题，提供一种效率高，匹配性好，电压驻波比小，纵向尺寸低，低剖面，低风载负荷，适用于移动载体卫星信号接收的高效率介质导抛物面天线。

本发明的技术方案是这样实现的：一种高效率介质导抛物面天线，包括主反射面、副反射面、介质导以及馈电圆波导，所述副反射面通过介质导与馈电圆波导连接，所述馈电圆波导下端穿过主反射面中心，其特征在于：所述介质导由直径不等的多层圆柱体组成，整体呈锥形，其宽端表面与所述副反射面相嵌式贴合，窄端插入所述馈电圆波导内，所述副反射面整体呈锥形，在所述副反射面外锥面设置有凹槽使其外表面形成与介质导相配合的台阶结构，所述副反射面设置在主反射面内、主反射面开口端面以下。

本发明所述的高效率介质导抛物面天线，其所述介质导由A、B、C三段组成，所述A段由直径不等且逐渐递减的多层圆柱体组成，所述A段中直径最大的圆柱体端面与所述副反射面嵌入贴合，所述B段由直径不等的多层圆柱体组成，所述B段中与A段连接的圆柱体直径小于与之相邻的A段中的圆柱体直径以及与之相邻的B段中的圆柱体直径，所述C段由直径不等的多层圆柱体组成且置于所述馈电圆波导内。

本发明所述的高效率介质导抛物面天线，其所述A段由五级直径不等且逐渐递减的圆柱体组成，所述直径最大的第一级圆柱体端面与所述副反射面嵌入贴合，所述B段由三级直径不等的圆柱体组成，所述B段中与A段连接的第一级圆柱体直径小于A段中第五级圆柱体直径以及B段中第二级圆柱体直径，所述C段由六级直径不等的圆柱体组成，所述C段中第二级圆柱体直径小于C段中第一、三级圆柱体直径，所述C段中第一、三级圆柱体直径相等，所述C段中第三、四、五、六级圆柱体直径逐渐递减。

本发明所述的高效率介质导抛物面天线，其所述介质导的长度为2.5～2.7                                                ，其宽端直径为2.4～2.5，所述介质导的A段长度为0.6～0.7，B段长度为0.3～0.4，C段长度为1.4～1.5。

本发明所述的高效率介质导抛物面天线，其所述副反射面宽端直径为2.4～2.5，其长度为0.47～0.48。

本发明所述的高效率介质导抛物面天线，其所述主反射面为短焦距设计，其口径为18～20的标准抛物面，焦径比为0.2。

本发明所述的高效率介质导抛物面天线，其在所述馈电圆波导内下部设置有隔板移相器，所述隔板移相器将馈电圆波导内部分隔为相互对称的两个半圆形波导，在所述馈电圆波导上分别设置有与所述半圆形波导对应的输出端口，其左端口为右旋圆极化端口，右端口为左旋圆极化端口。

本发明所述的高效率介质导抛物面天线，其所述隔板移相器由多级不同长度和高度的台阶组成，整体呈锯齿形，所述台阶的高度由靠近介质导一端向另一端逐渐递增。

本发明所述的高效率介质导抛物面天线，其所述隔板移相器由六级不同长度和高度的台阶组成，其长度为1.8～2，所述馈电圆波导长度为3.8～3.9，其直径为0.7～0.8。

本发明所述的高效率介质导抛物面天线，其所述天线的纵向尺寸为6。

本发明作为小口径天线的新型设计和应用，更易实现良好的综合电气和结构性能，具有成本低，结构新颖，性能良好，加工难度小，一次成型，不需要调试，低轮廓，易于批量生产，以较低成本实现双极化方案，并且可以实现弯折波导不易实现的小口径双极化天线。本发明将主反射面的短焦距设计、馈电系统的一体化设计、选择使用隔板移相器的设计，三者相结合使天线的结构紧凑，纵向尺寸短，特别适用于一些特定的使用环境。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明中介质导的结构示意图。

图3是本发明中副反射面的结构示意图。

图4是本发明中隔板移相器的结构示意图。

图5是本发明的12G方向图。

图中标记：1为主反射面，2为副反射面，3为介质导，4为馈电圆波导，5为凹槽，6为隔板移相器，7为右旋圆极化端口，8为左旋圆极化端口。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种高效率介质导抛物面天线，包括主反射面1、副反射面2、介质导3以及馈电圆波导4，所述副反射面2通过介质导3与馈电圆波导4连接，从而省去了副反射面支杆，消除了支杆的遮挡，提高了天线的效率，所述馈电圆波导4下端穿过主反射面1中心，所述副反射面2设置在主反射面1内、主反射面1开口端面以下。其中，所述主反射面采用深度合理的短焦距设计，其口径为18～20的标准抛物面，焦径比为0.2，为工作频率波长，降低了天线体积和轮廓；无赋形的标准抛物面，加工难度小，一次成型，不需要调试，易于批量生产。

如图2所示，所述介质导3由直径不等的多层圆柱体组成，整体呈锥形，其宽端表面与所述副反射面2嵌入贴合，窄端插入所述馈电圆波导4内，电气上，通过合理选择介电常数并对介质表面进行赋形，引导本来会射到照射区域以外的能量到主照射区内加以利用，使介质表面的折射波到达副反射面，经主反射面反射后在天线口面满足一定的幅度分布要求，从而提高天线的口径利用率。

其中，所述介质导3分为A、B、C三段，所述A段由五级直径不等且逐渐递减的圆柱体组成台阶结构，使次级照射波的相位分布在10dB照射角±100°内满足球面波的要求，所述直径最大的第一级圆柱体端面与所述副反射面2嵌入贴合；所述B段由三级直径不等的圆柱体组成台阶结构，所述B段中与A段连接的第一级圆柱体直径小于A段中第五级圆柱体直径以及B段中第二级圆柱体直径，所述B段中第二级圆柱体直径与馈电圆波导的直径相等，所述B段中最窄的第一级圆柱体段可引导波导内高频能量更集中的照射到副反射面上，起汇聚能量的作用；所述C段由六级直径不等的圆柱体组成且置于馈电圆波导4内，所述C段中第二级圆柱体直径小于C段中第一、三级圆柱体直径，所述C段中第一、三级圆柱体直径相等，所述C段中第三、四、五、六级圆柱体直径逐渐递减，所述C段中第三、四、五、六级圆柱体直径逐渐递减，其每级台阶实现一次阻抗跳变，最终输出波导端达到阻抗匹配的作用，起减小驻波优化馈源总效率的目的。采用此种台阶形式分布的方式，几何尺寸清楚的实现，更易于批量生产的质量控制和机加工。

其中，所述介质导3的整体长度为2.5～2.7，其宽端直径为2.4～2.5，所述介质导3的A段长度为0.6～0.7，B段长度为0.3～0.4，C段长度为1.4～1.5。

如图3所示，所述副反射面2整体呈锥形，为赋形的金属锥面，在所述副反射面2外锥面设置有凹槽5使其外表面形成与介质导3相配合的台阶结构，所述副反射面2宽端直径为2.4～2.5，其长度为0.47～0.48。所述台阶和凹槽使次级照射波的幅度分布在10dB照射角±100°内满足球面波幅度分布的要求，利用此种副面赋形可实现反射面口径场更合理的幅度分布，进一步提高整个天线总的效率，实现高效，高增益的综合效果。

通过所述介质导和副反射面的赋形的配合使用，引导并充分利用波导口输出能量，既缩小了副反射面的尺寸，免却了副反射面的支持结构，又大大减小了副反射面的遮挡百分比，从而提高了馈源系统的照射效率，实现高效高增益的总体天线特性。

如图4所示，在所述馈电圆波导4内下部设置有隔板移相器6，所述隔板移相器6将馈电圆波导4内部分隔为相互对称的两个半圆形波导，在所述馈电圆波导4上分别设置有与所述半圆形波导对应的输出端口，其左端口为右旋圆极化端口7，右端口为左旋圆极化端口8，所述隔板移相器6由六级不同长度和高度的台阶组成，为整体呈锯齿形的金属薄片，所述台阶的高度由靠近介质导3一端向另一端逐渐递增，所述隔板移相器整体长度为1.8～2。由平分臂的任一圆型波导输入为线极化的功率信号，进入隔板区域中，随相位关系而变化，相位差90°，在圆波导中产生与TE₁₁模正交的TE₁₁模式，从而获得理想的圆极化波向空间辐射。实现双输出双圆极化的功能，可同时接收左旋、右旋双圆极化信号，而且这种隔板移相器的设计缩短了馈电系统结构的尺寸，馈电圆波导的长度为3.8～3.9，其直径为0.7～0.8。

本发明将主反射面的短焦距设计、馈电系统的一体化设计、选择使用隔板移相器的设计，三者相结合使天线的结构紧凑，纵向尺寸短，整个天线的纵向尺寸为6。

以下为采用本发明的天线的相关测试数据：

电磁仿真结果如下:

测试结果如下:

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高效率介质导抛物面天线，包括主反射面（1）、副反射面（2）、介质导（3）以及馈电圆波导（4），所述副反射面（2）通过介质导（3）与馈电圆波导（4）连接，所述馈电圆波导（4）下端穿过主反射面（1）中心，其特征在于：所述介质导（3）由直径不等的多层圆柱体组成，整体呈锥形，其宽端表面与所述副反射面（2）相嵌式贴合，窄端插入所述馈电圆波导（4）内，所述副反射面（2）整体呈锥形，在所述副反射面（2）外锥面设置有凹槽（5）使其外表面形成与介质导（3）相配合的台阶结构，所述台阶结构和凹槽使次级照射波的幅度分布在10dB照射角±100°内满足球面波幅度分布的要求，所述副反射面（2）设置在主反射面（1）内、主反射面（1）开口端面以下；

所述介质导（3）由A、B、C三段组成，所述A段由直径不等且逐渐递减的多层圆柱体组成，所述A段中直径最大的圆柱体端面与所述副反射面（2）嵌入贴合，所述B段由直径不等的多层圆柱体组成，所述B段中与A段连接的圆柱体直径小于与之相邻的A段中的圆柱体直径以及与之相邻的B段中的圆柱体直径，所述C段由直径不等的多层圆柱体组成且置于所述馈电圆波导（4）内，所述A段由五级直径不等且逐渐递减的圆柱体组成，所述直径最大的第一级圆柱体端面与所述副反射面（2）嵌入贴合，所述B段由三级直径不等的圆柱体组成，所述B段中与A段连接的第一级圆柱体直径小于A段中第五级圆柱体直径以及B段中第二级圆柱体直径，所述C段由六级直径不等的圆柱体组成，所述C段中第二级圆柱体直径小于C段中第一、三级圆柱体直径，所述C段中第一、三级圆柱体直径相等，所述C段中第三、四、五、六级圆柱体直径逐渐递减。

2.根据权利要求1所述的高效率介质导抛物面天线，其特征在于：所述介质导（3）的长度为2.5～2.7λ，其宽端直径为2.4～2.5λ，所述介质导（3）的A段长度为0.6～0.7λ，B段长度为0.3～0.4λ，C段长度为1.4～1.5λ，λ为工作频率波长。

3.根据权利要求2所述的高效率介质导抛物面天线，其特征在于：所述副反射面（2）宽端直径为2.4～2.5λ，其长度为0.47～0.48λ。

4.根据权利要求3所述的高效率介质导抛物面天线，其特征在于：所述主反射面（1）为短焦距设计，其口径为18～20λ的标准抛物面，焦径比为0.2。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的高效率介质导抛物面天线，其特征在于：在所述馈电圆波导（4）内下部设置有隔板移相器（6），所述隔板移相器（6）将馈电圆波导（4）内部分隔为相互对称的两个半圆形波导，在所述馈电圆波导（4）上分别设置有与所述半圆形波导对应的输出端口，其左端口为右旋圆极化端口（7），右端口为左旋圆极化端口（8）。

6.根据权利要求5所述的高效率介质导抛物面天线，其特征在于：所述隔板移相器（6）由多级不同长度和高度的台阶组成，整体呈锯齿形，所述台阶的高度由靠近介质导（3）一端向另一端逐渐递增。

7.根据权利要求6所述的高效率介质导抛物面天线，其特征在于：所述隔板移相器（6）由六级不同长度和高度的台阶组成，其整体长度为1.8～2λ，所述馈电圆波导（4）长度为3.8～3.9λ，其直径为0.7～0.8λ。

8.根据权利要求7所述的高效率介质导抛物面天线，其特征在于：所述天线的纵向尺寸为6λ。