CN105024171B - 一种天线及其波纹喇叭馈源 - Google Patents

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    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/02—Waveguide horns

Abstract

本发明涉及通信技术领域，公开了一种天线及其波纹喇叭馈源。所述波纹喇叭馈源包括模式转换器，所述模式转换器的内壁设置有多个激励膜片，所述多个激励膜片位于同一孔径面上，用于激励高次模，在所述模式转换器的口面处，所述高次模与主模的相对幅度和相对相位满足预设的关系。本发明的技术方案通过引入平时所不希望的高次模来降低单偏置抛物面天线非对称面的交叉极化水平，有效改善了单偏置抛物面天线的交叉极化性能。

Description

一种天线及其波纹喇叭馈源
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种天线及其波纹喇叭馈源。
背景技术
单偏置抛物面天线由于避免了馈源遮挡，具有口面效率高、低旁瓣、馈源与反射面之间电气隔离性能好等优点，因此得到广泛地应用。但是由于偏置面结构破坏了天线结构的对称性，使单偏置反射面天线有一个很严重的缺点：造成交叉极化值的上升。即：当用线极化特性很好的馈源照射反射面时，天线的辐射场在非对称平面呈现出很差的交叉极化特性，这种情况在卫星通信天线中是不允许出现的。正是这个原因，限制了单偏置抛物面天线的实际应用。
为了克服单偏置反射面天线交叉极化特性差这一缺点，一般采用加大反射面的焦径比(f/D)的措施，这是因为交叉极化值与f/D的平方呈反比。但是随着f/D的增大，天线的结构实现难度也增大，并且由于天线的纵向尺寸增大，其性能就难以保证，更不利于车载站等的使用。
发明内容
本发明提供一种天线及其波纹喇叭馈源，用以解决天线交叉极化特性差的问题，并保证天线的性能，便于实际应用。
为解决上述技术问题，本发明提供一种波纹喇叭馈源，包括模式转换器，所述模式转换器为喇叭形状，内壁具有波纹形式的径向直槽，所述模式转换器的内壁设置有多个激励膜片，所述多个激励膜片位于同一孔径面上，用于激励高次模，在所述模式转换器的口面处，所述高次模与主模的相对幅度和相对相位满足预设的关系。
上述的波纹喇叭馈源，其中，所述激励膜片将所述模式转换器分为主模模式转换器和喇叭辐射波导，在主模的传播方向上，所述喇叭辐射波导位于所述主模模式转换器的后方；
所述喇叭辐射波导的张角大于所述主模模式转换器的张角。
上述的波纹喇叭馈源，其中，所述喇叭辐射波导的张角为20°～50°。
上述的波纹喇叭馈源，其中，所述波纹喇叭馈源还包括：
主模激励波导，用于激励主模波，并传输至所述模式转换器。
上述的波纹喇叭馈源，其中，所述主模激励波导为光壁圆柱波导。
上述的波纹喇叭馈源，其中，所述波纹喇叭馈源还包括：
主模截止波导，用于限制主模的传播方向，使得主模传输至所述模式转换器。
上述的波纹喇叭馈源，其中，所述主模截止波导为光壁圆台波导，且在主模的传播方向上，所述光壁圆台波导的较小口面位于较大口面的后方。
上述的波纹喇叭馈源，其中，所述多个激励膜片等间距分布。
上述的波纹喇叭馈源，其中，所述多个激励膜片的尺寸相同。
本发明还提供一种天线，采用如上所述的波纹喇叭馈源。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述技术方案中，波纹喇叭馈源通过引入平时所不希望的高次模来降低单偏置抛物面天线非对称面的交叉极化水平，有效改善了单偏置抛物面天线的交叉极化性能，使其能够应用于C波段卫星通信系统中；并且，应用了大张角的辐射波导，缩小了波纹喇叭馈源的尺寸，相较于传统的波纹喇叭馈源，具有结构简单，尺寸小，成本低等显著特点，能够应用于Ku波段的卫星通信系统中。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1表示本发明实施例中波纹喇叭馈源的主视图；
图2表示本发明实施例中波纹喇叭馈源的俯视图。
具体实施方式
本发明的波纹喇叭馈源，通过引入平时所不希望的高次模来降低单偏置抛物面天线非对称面的交叉极化水平，改善单偏置抛物面天线的交叉极化性能，使其能够应用于C波段卫星通信系统中。并且应用了大张角的喇叭辐射波导来缩小波纹喇叭馈源的尺寸，相较于传统的波纹喇叭馈源，本发明的波纹喇叭馈源具有结构简单，尺寸小，成本低等显著特点，能够应用于Ku波段的卫星通信系统中。
下面将结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例一
图1表示本发明实施例中波纹喇叭馈源的主视图，图2表示本发明实施例中波纹喇叭馈源的俯视图。
结合图1和图2所示，本发明实施例中的波纹喇叭馈源包括模式转换器。所述模式转换器用于将主模TE11模转换为喇叭波导内的主模HE11模，然后从其口面辐射出去。所述模式转换器的结构为喇叭形状，内壁具有波纹形式的径向直槽11。
在所述模式转换器的内壁设置有多个激励膜片10，其中，多个激励膜片10位于同一孔径面上，用于激励高次模HE21模，在传播到所述模式转换器的口面时，所述高次模HE21模与主模HE11模的相对幅度和相对相位满足预设的关系，以降低单偏置抛物面天线非对称面的交叉极化水平，改善单偏置抛物面天线的交叉极化性能。
需要说明的是，本发明中模式转换器的口面是指喇叭的较大口面，即，喇叭的较大开口所在的区域。经过所述模式转换器转换得到的主模HE11模和激励膜片10激励的高次模HE21模从该口面处辐射出去。模式转换器的孔径面是喇叭的孔径所在的平面，垂直于喇叭的轴线，喇叭的口面一般平行于孔径面。
其中，当高次模HE21模相对于主模HE11模的幅度为-10～-20dB，相对相位约为90°时，总能够有效地降低单偏置反射面天线系统的交叉极化水平。
本发明的波纹喇叭馈源，通过引入平时所不希望的高次模来降低单偏置抛物面天线非对称面的交叉极化水平，有效改善了单偏置抛物面天线的交叉极化性能。
如图1所示，本发明实施例中，激励膜片10位于所述模式转换器的同一孔径面，将所述模式转换器分为主模模式转换器L3和喇叭辐射波导L4，在主模HE11模的传播方向上，喇叭辐射波导L4位于主模模式转换器L3的后方。其中，喇叭辐射波导L4的张角大于主模模式转换器L3的张角。具体的，喇叭辐射波导L4为大张角的喇叭结构，其张角范围为20°～50°。大张角结构的喇叭辐射波导L4可以减少径向直槽11的个数，使得整个波纹喇叭馈源的尺寸得到了最小化，能够应用于Ku波段的卫星通信系统中。相对于传统的波纹喇叭馈源动辄几十个径向直槽的情况，本发明精简了波纹喇叭馈源的结构，并且可以适当增加径向直槽11的宽度，大大降低了加工的难度。
本发明的波纹喇叭馈源应用了大张角的喇叭辐射波导，缩小了波纹喇叭馈源的尺寸，相较于传统的波纹喇叭馈源，具有结构简单，尺寸小，成本低等显著特点。
优选地，多个激励膜片10等间距分布，使得激励的高次模均匀分布。
进一步地，多个激励膜片10尺寸相同，进一步使得激励的高次模均匀分布。
一般地，波纹喇叭馈源包括三个部分：1.主模激励波导：主模TE11模的输入端；2.模式转换器：喇叭辐射波导内的主模HE11模的激发和传输；3.喇叭辐射波导：主模HE11模从喇叭辐射波导的口面辐射出去。其中，主模激励波导通常采用探针激励、孔激励、波导激励或这些激励的混合。
本实施例中设置主模激励波导L1为光壁圆柱波导，其内壁光滑，内径为D1。
进一步地，为了使主模TE11模得到更充分得传输，本实施例中的波纹喇叭馈源还包括主模截止波导L2，用于限制主模TE11模的传播方向，使得主模TE11模传充分输至所述模式转换器的主模模式转换器L3。
由于光壁圆柱波导L1为均匀波导，喇叭波导和均匀波导之间如果过渡的不够平滑，会产生高次模。因此，在使得主模TE11模得到更充分得传输，还需尽可能产生少的高次模。为了实现上述目的，设置主模截止波导L2为光壁圆台波导，为了实现主模TE11模的向前传播，在主模TE11模的传播方向上，光壁圆锥波导L3的较小口面位于较大口面的后方。其中，光壁圆台波导L3的口面为其开口所在的区域。光壁圆台波导L3的内壁光滑，使得光壁圆柱波导L1和喇叭波导之间过渡平滑，减少了高次模的产生。
本发明中涉及的光壁是指波导的内壁光滑。
在实际应用过程中，需要精心选择主模模式转换器L3的输入口面和输出口面的内径D2和D3，尤其是在D3处引入了三个相同尺寸的激励膜片10来激励高次模HE21模，所以D3的大小选择必须使得高次模HE21模能够激励和传播。通过精心选择激励膜片11的尺寸可以控制高次模HE21模幅度与主模HE11模的相对大小，而选择L1、L2、L3和L4的长度，则可以控制高次模HE21模和主模HE11模传播到喇叭辐射波导L4口面上的相对相位大小，使其满足所需要的预设关系，便可以达到降低单偏置抛物面天线交叉极化水平的目的。
实施例二
本发明实施例中提供一种天线，具体为交叉极化特性差的单偏置抛物面天线。所述天线采用实施例一中的波纹喇叭馈源。
所述波纹喇叭馈源通过引入高次模来降低单偏置抛物面天线非对称面的交叉极化水平，有效改善了单偏置抛物面天线的交叉极化性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种波纹喇叭馈源，包括模式转换器，所述模式转换器为喇叭形状，内壁具有波纹形式的径向直槽，其特征在于，
所述模式转换器的内壁设置有多个激励膜片，所述多个激励膜片位于同一孔径面上，用于激励高次模，在所述模式转换器的口面处，所述高次模与主模的相对幅度和相对相位满足预设的关系；
所述多个激励膜片等间距分布。
2.根据权利要求1所述的波纹喇叭馈源，其特征在于，所述激励膜片将所述模式转换器分为主模模式转换器和喇叭辐射波导，在主模的传播方向上，所述喇叭辐射波导位于所述主模模式转换器的后方；
所述喇叭辐射波导的张角大于所述主模模式转换器的张角。
3.根据权利要求2所述的波纹喇叭馈源，其特征在于，所述喇叭辐射波导的张角为20°～50°。
4.根据权利要求1所述的波纹喇叭馈源，其特征在于，所述波纹喇叭馈源还包括：
主模激励波导，用于激励主模，并传输至所述模式转换器。
5.根据权利要求4所述的波纹喇叭馈源，其特征在于，所述主模激励波导为光壁圆柱波导。
6.根据权利要求4所述的波纹喇叭馈源，其特征在于，所述波纹喇叭馈源还包括：
主模截止波导，用于限制主模的传播方向，使得主模传输至所述模式转换器。
7.根据权利要求6所述的波纹喇叭馈源，其特征在于，所述主模截止波导为光壁圆台波导，且在主模的传播方向上，所述光壁圆台波导的较小口面位于较大口面的后方。
8.根据权利要求1-7任一项所述的波纹喇叭馈源，其特征在于，所述多个激励膜片的尺寸相同。
9.一种天线，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的波纹喇叭馈源。
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