CN103794885A - 一种低副瓣前馈反射面天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低副瓣反射面前馈反射面天线，由主反射器、馈电喇叭、圆极化器、吸收负载和馈电波导组成，圆极化器和馈电波导之间采用填平圆波导及切角拐弯，保证了馈电喇叭、圆极化器和馈电波导一体化结构，馈电波导兼做支撑杆，采用非标波导，下边缘为尖劈形，减小了馈源和支撑结构的遮挡面积，实现了中心馈电的前馈反射面天线低副瓣，副瓣达到-30dB。

Description

一种低副瓣前馈反射面天线

技术领域

本发明涉及一种低副瓣前馈反射面天线，属于星载天线领域。

背景技术

现代通信系统对天线有强烈的低副瓣要求，相对于中心馈电的前馈反射面，偏置反射面更具优势。对于星载应用，要求天线结构紧凑，中心馈电的前馈反射面更适合这一应用，但馈源、副反和支撑结构遮挡给天线的低副瓣设计带来很大的挑战。

对于前馈反射面天线，主要通过对馈源及支撑结构进行优化，减小遮挡面积，改变电磁散射方向实现天线的低副瓣。

文献“DESIGN OF LOW SCATTERING STRUTS FORCENTER-FEDREFLECTOR ANTENNAS”描述了一种工作于单线极化的低副瓣前馈反射面天线，天线采用4根支撑杆，支撑杆中心为菱形金属支杆，其表面包覆一层较厚的介质层，最外层为覆盖金属条带的介质薄片。上方的馈线为高频电缆，通过同轴激励喇叭照射反射面，副瓣测试结果优于-30dB。

专利“LOW SIDELOBE ANTENNA”描述了一种单线极化低副瓣前馈反射面天线。天线口径7600mm（141个波长），极化方式为单线极化，采用三根支杆馈电，其中馈电波导兼作一根支撑杆，馈电波导与其余两根支撑杆的夹角均为150度，支撑杆采用菱形截面，支杆为中空结构，馈电波导内嵌于菱形支杆内；馈电喇叭采用Potter喇叭，副瓣测试结果优于-28dB。

目前可见的低副瓣前馈反射面天线均工作于单线极化，因为单线极化馈源结构简单，体积小，对反射面的遮挡面积小，有利于低副瓣的实现。对于圆极化应用，需要增加圆极化器件，馈源复杂，难于实现小的遮挡面积，给低副瓣设计带来一定的挑战。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有前馈圆极化反射面天线馈源组件和支撑结构过大，提出了一种前馈反射面的圆极化馈源和支撑结构，减小了馈源和支撑结构的遮挡，实现前馈反射面天线的低副瓣。

本发明的技术解决方案是：一种低副瓣圆极化前馈反射面天线，包括主反射器（1）、馈电喇叭（2）、圆极化器（3）、吸收负载（4）和馈电波导（5）；

主反射器（1）为抛物面，馈电喇叭（2）、圆极化器（3）、馈电波导（5）为一体化结构，相互之间无连接法兰，位于主反射器上方；

馈电喇叭（2）为扼流槽加载圆波导喇叭，输入口为圆波导，后接圆极化器（3）公共口，馈电喇叭（2）相位中心位于主反射器（1）焦点处；

圆极化器（3）为圆波导隔板式圆极化器，包括1个公共输出口和两个输入口，公共口为圆波导，接馈电喇叭（2）输入口，圆极化器一个输入口接馈电波导（5），另一个输入口内置吸收负载（4）；

馈电波导（5）为非标波导，下边缘为尖劈形，兼作馈源支撑杆；

所述馈电波导（5）宽边长度保证工作频率内主模能够传输，窄边为能够机械加工的最小尺寸，减小馈电波导（5）对反射面的遮挡面积，实现前馈反射面的低副瓣；

所述吸收负载（4）由一个半圆柱体和两个四棱台组成，四棱台的底面与半圆柱体的一个端面连接，两个四棱台对称分布于半圆柱体轴线两边，半圆柱体另一端面上有一螺纹孔，吸收负载（4）内置于圆极化器（3）一个输入口内，吸收负载（4）上的四棱台靠近圆极化器（3）的公共口方向；该吸收负载（4）纵向尺寸短，减小了整个馈源的纵向尺寸，改善了馈源散射对副瓣的影响。

本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明的低副瓣前馈反射面天线由主反射器、馈电喇叭、圆极化器、吸收负载和馈电波导组成，工作于单圆极化，相对于目前工作于单线极化的低副瓣前馈反射面天线，增加了圆极化组件，馈源更加复杂，解决了复杂馈源组件和支撑结构的遮挡问题，实现圆极化前馈反射面的低副瓣。馈电喇叭、圆极化器和馈电波导为一体化结构，相互之间无连接法兰，位于反射面上方，馈电波导兼作支撑杆，减少了法兰对反射面的遮挡。馈电波导为非标波导，下边缘为尖劈形，减小了对反射面的遮挡，并改变电磁散射方向，有利于降低副瓣；同时，吸收负载由一个半圆柱体和两个四棱台组成，降低了馈源组件的纵向尺寸，改善了馈源散射对副瓣的影响，最终实现前馈圆极化反射面天线的低副瓣。

附图说明

图1为本发明前馈反射面天线的结构图；

图2为本发明一体化馈电支撑结构图；

图3为本发明前馈反射面天线吸收负载左前视图；

图4为本发明前馈反射面天线吸收负载右后视图；

图5为本发明一体化馈电支撑结构沿馈电喇叭中心线剖面图；

图6为本发明一体化馈电支撑结构沿馈电波导中心线剖面图；

图7为本发明馈电喇叭剖面图；

图8为本发明圆极化器垂直支杆方向剖面图；

图9为本发明馈电波导横截面图。

具体实施方式

如图1、图2、图3、图4所示，本发明的前馈反射面天线包括主反射器1、馈电喇叭2、圆极化器3、吸收负载4和馈电波导5；馈电喇叭2、圆极化器3和馈电波导5为一体结构，圆极化器3为圆波导隔板式圆极化器，包括1个公共输出口和两个输入口，公共口为圆波导，接馈电喇叭2输入口，圆极化器一个输入口接馈电波导5，另一个输入口内置吸收负载4；馈电波导5通过末端的法兰盘13固定于主反射器1边缘，

主反射器1内表面为抛物面，为抛物线绕顶点旋转一周而成，反射器边缘有一支架，支架上的法兰盘与馈电波导5末端的法兰盘13对准后通过螺钉连接，降馈电波导固定于反射器边缘。馈电喇叭2口面几何中心位于主反射器1焦点处。

如图5、图6、图7、图8所示，馈电喇叭2为扼流槽加载圆波导喇叭，由扼流槽加载圆波导段8、阻抗变换锥变段13和输入圆波导段14组成，锥变段13输入端连接输入圆波导段14，输出端连接扼流槽加载圆波导段8，扼流槽加载圆波导段直径大于输入圆波导段直径，馈电喇叭口径设计为电磁波对主反射器1边缘照射锥削为-15～-16dB，使主反射器口径场分布满足-30dB的副瓣设计要求。

圆极化器3为圆波导隔板式圆极化器，公共口为圆波导，其直径与馈电喇叭2输入圆波导段直径相同。距离公共口一定距离处一般不小于工作波长的四分之一为一阶梯状隔板9，位于圆波导中心，将圆波导对称分为两半，一边为左旋圆极化输入口，另一边为右旋圆极化输入口。对于单圆极化工作，左旋口或右旋口接馈电波导5，右旋口或左旋口末端为金属短路面，短路面上开有圆柱形通孔10，右旋口或右旋口内置吸收负载，并通过螺钉固定于短路面上。左旋口或右旋口通过填平圆波导段11过渡到矩形馈电波导5，矩形馈电波导5端面不超过填平圆波导11最大直径处见图6，窄边尺寸不超过填平圆波导高度见图8，这样可以保证圆极化器3和馈电波导5机械上一体加工，省去连接法兰，减小馈源组件和馈电波导的遮挡，实现天线的低副瓣。在填平圆波导至矩形馈电波导5的拐弯处有一切角12，用于实现天线阻抗性能的良好匹配。

馈电波导5为非标准波导，由一段平行于主反口面的波导和与主反口面呈一定角度的波导构成，波导宽边长度保证工作频率内主模能够传输，窄边为能够机械加工的最小尺寸。馈电波导兼做馈源支撑杆，波导壁厚由初始1mm均匀增加至末端的2.5mm，以满足力学性能要求，馈电波导下边缘为尖劈形见图9，最大程度减小了支杆遮挡和电磁散射。馈电波导通过末端的法兰盘13与主反射器1边缘支架上的法兰盘连接。

吸收负载4由一个半圆柱体17和两个四棱台18、19组成，四棱台18和19形状相同，四棱台的底面与半圆柱体17的一个端面连接，对称分布于半圆柱体17轴线两边，半圆柱体另一端面上有一螺纹孔。吸收负载4为铁氧体材料，内置于圆极化器3的右旋或左旋输入口，吸收负载4上的四棱台靠近圆极化器3的公共口方向，通过半圆17上的螺纹孔7用螺钉固定于右旋口或左旋口的短路面上。

经过试验，本发明前馈圆极化反射面天线副瓣优于-30dB。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (3)

1.一种低副瓣反射面前馈反射面天线，其特征在于：包括主反射器（1）、馈电喇叭（2）、圆极化器（3）、吸收负载（4）和馈电波导（5）；

主反射器（1）为抛物面，馈电喇叭（2）、圆极化器（3）、馈电波导（5）为一体化结构，相互之间无连接法兰，位于主反射器上方；

馈电喇叭（2）为扼流槽加载圆波导喇叭，输入口为圆波导，后接圆极化器（3）公共口，馈电喇叭（2）相位中心位于主反射器（1）焦点处；

圆极化器（3）为圆波导隔板式圆极化器，包括1个公共输出口和两个输入口，公共口为圆波导，接馈电喇叭（2）输入口，圆极化器一个输入口接馈电波导（5），另一个输入口内置吸收负载（4）；

馈电波导（5）为非标波导，下边缘为尖劈形，兼作馈源支撑杆。

2.根据权利要求1所述的一种低副瓣前馈反射面天线，其特征在于：所述馈电波导（5）宽边长度保证工作频率内主模能够传输，窄边为能够机械加工的最小尺寸。

3.根据权利要求1所述的一种低副瓣前馈反射面天线，其特征在于：所述吸收负载（4）由一个半圆柱体和两个四棱台组成，两个四棱台组成结构尺寸相同，四棱台的底面与半圆柱体的一个端面连接，两个四棱台对称分布于半圆柱体轴线两边，半圆柱体另一端面上有一螺纹孔，吸收负载（4）内置于圆极化器（3）一个输入口内，吸收负载（4）上的四棱台靠近圆极化器（3）的公共口方向。

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