CN106450779B - 一种介质罩波束赋形天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种介质罩波束赋形天线，包括：圆极化器、同轴多模喇叭、介质罩；所述同轴多模喇叭的扼流环套设于所述圆极化器的输出端，且所述同轴多模喇叭的波导部分伸出该扼流环与所述介质罩连接；所述介质罩包括同轴连接的连接座和罩体；所述连接座呈桶状，所述罩体的外壁呈圆台状且小口径端远离所述连接座，所述介质罩通过所述连接座套接于所述同轴多模喇叭的所述波导部分上。本发明通过在同轴多模喇叭顶部加设介质罩的方式对通过该同轴多模喇叭向外辐射的电磁波进行特定的波束赋形，通过对结构的优化设计能够实现在在±15°波束范围内增益大于7dB，特定波束(±50°)内增益大于3.4dB，实现了深空探测领域对天线的特定波束赋形增益要求。

Description

一种介质罩波束赋形天线
技术领域
本发明涉及探测天线技术领域，具体地，涉及一种介质罩波束赋形天线。
背景技术
目前，常用的一般定向波束天线的辐射方向图参见图2虚线部分呈现轴向增益较高，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(±50°)范围内增益可实现1.5～2dB。公知的赋形宽波束天线包括同轴多模喇叭、双臂螺旋、四臂螺旋等常见的天线类别。这些天线在测试中获得的辐射方向图虽然在波束宽度为±50°范围内能获得增益高于3dB，但在偏离角度±15°范围内增益却低于7dB。
在深空探测领域中，由于轨道位置需求，要求探测天线具有在特定波束(±50°)内增益大于3dB，同时在±15°内高于7dB的特性。因此上述目前公知的天线方案均无法满足指标要求。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种介质罩波束赋形天线。
根据本发明提供的一种介质罩波束赋形天线，包括：圆极化器、同轴多模喇叭、介质罩；
所述同轴多模喇叭的扼流环套设于所述圆极化器的输出端，且所述同轴多模喇叭的波导部分伸出该扼流环与所述介质罩连接；
所述介质罩包括同轴连接的连接座和罩体；所述连接座呈桶状，所述罩体的外壁呈圆台状且小口径端远离所述连接座，所述介质罩通过所述连接座套接于所述同轴多模喇叭的所述波导部分上。
作为一种优化方案，所述介质罩的介电常数为3-4。
作为一种优化方案，所述介质罩的介电常数为3.5。
作为一种优化方案，所述同轴多模喇叭伸出该扼流环的波导部分为圆柱形且设有外螺纹，所述介质罩的所述连接座设有与所述外螺纹对应的内螺纹；
所述同轴多模喇叭的波导部分伸出该扼流环与所述介质罩螺纹连接。
作为一种优化方案，所述同轴多模喇叭的所述波导部分的直径为27.78mm。
作为一种优化方案，所述扼流环的内径为59.6mm～65mm，所述扼流环的轴向长度为12mm～16mm。
作为一种优化方案，所述同轴多模喇叭的所述波导部分伸出扼流环的轴向长度为7.5mm～8.5mm。
作为一种优化方案，所述连接座外径为30.78mm，轴向高度为15mm，厚度为1.5mm；
所述罩体的大口径端直径为30.78mm，小口径端的直径为30mm，轴向高度为7mm～10.5mm，小口径端的延伸锥角为86.81°～87.87°，厚度为0.5mm～1mm。
作为一种优化方案，还包括同轴波导转换器；所述同轴波导转换器的输出端与所述圆极化器的输入端相连。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明通过在同轴多模喇叭顶部加设介质罩的方式对通过该同轴多模喇叭向外辐射的电磁波进行特定的波束赋形，通过对结构的优化设计能够实现在在±15°波束范围内增益大于7dB，特定波束(±50°)内增益大于3.4dB，实现了深空探测领域对天线的特定波束赋形增益要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中：
图1是可选的一种介质罩波束赋形天线结构；
图2是典型的天线增益辐射方向曲线和本实施例加上介质罩后的天线增益辐射方向曲线的对比图。
图中：1-圆极化器，2-同轴多模喇叭，3-介质罩，4-同轴波导转换器。
具体实施方式
下文结合附图以具体实施例的方式对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，还可以使用其他的实施例，或者对本文列举的实施例进行结构和功能上的修改，而不会脱离本发明的范围和实质。
在本发明提供的一种介质罩波束赋形天线的实施例中，如图1所示，包括：圆极化器(1)、同轴多模喇叭(2)、介质罩(3)；
所述同轴多模喇叭(2)的扼流环套设于所述圆极化器(1)的输出端，且所述同轴多模喇叭(2)的波导部分伸出该扼流环与所述介质罩(3)连接；
所述介质罩(3)包括同轴连接的连接座和罩体；所述连接座呈桶状，所述罩体的外壁呈圆台状且小口径端远离所述连接座，所述介质罩(3)通过所述连接座套接于所述同轴多模喇叭(2)的所述波导部分上。
首先圆极化器将传输的线极化电磁波转换为圆极化电磁波，通过同轴多模喇叭(2)实现一定增益辐射方向控制，然后在同轴多模喇叭(2)的波导口处连接介质罩(3)。通过介质罩(3)对同轴多模喇叭(2)波导口辐射的电磁波的折射作用赋形波束，提高特定波束内增益指标。在本实施例中，任何通过同轴多模喇叭(2)加载介质罩(3)，通过介质罩(3)的折射作用赋形波束的思想皆属于本发明的保护范围之内。
作为一种实施例，所述介质罩(3)的介电常数为3-4。本实施例中，所述介质罩(3)的介电常数优选为3.5。
所述同轴多模喇叭(2)伸出该扼流环的波导部分为圆柱形且设有外螺纹，所述介质罩(3)的所述连接座设有与所述外螺纹对应的内螺纹；
所述同轴多模喇叭(2)的波导部分伸出该扼流环与所述介质罩(3)螺纹连接。
所述同轴多模喇叭(2)的所述波导部分的直径为27.78mm。
作为一种实施例，所述扼流环的内径为59.6mm～65mm，所述扼流环的轴向长度为12mm～16mm。
作为一种实施例，所述同轴多模喇叭(2)的所述波导部分伸出扼流环的轴向长度为7.5mm～8.5mm。
作为一种实施例，所述连接座外径为30.78mm，轴向高度为15mm，厚度为1.5mm；
所述罩体的大口径端直径为30.78mm，小口径端的直径为30mm，轴向高度为7mm～10.5mm，小口径端的延伸锥角为86.81°～87.87°，厚度为0.5mm～1mm。
作为一种实施例，介质罩(3)波束赋形天线还包括同轴波导转换器(4)；所述同轴波导转换器(4)的输出端与所述圆极化器(1)的输入端相连。
在一种实施例中，各部件的尺寸根据不同要求采用以下范围：同轴多模喇叭(2)波导口面直径为Ф27.78mm、扼流环内径为59.6mm～65mm，扼流环轴向长度为12mm～16mm，扼流环顶部距离波导口面为7.5mm～8.5mm。介质罩(3)分为两部分：下半部分为连接座，直径为30.78mm，轴向高度为15mm，厚度为1.5mm；上半部分为罩体，底部是直径为30.78mm的大口径端，顶部是直径为30mm的小口径端，轴向高度为7mm～10.5mm，小口径端对应锥角为86.81°～87.87°形成圆台外壁的倾斜程度，罩体的厚度为0.5mm～1mm，所述介质罩(3)安装起点在所述同轴多模喇叭(2)的波导部分口面下方13mm～15mm处。
本实施例中天线的电接口包括：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曲线和本实施例加上介质罩(3)后的天线增益辐射方向曲线的对比图，虚线为无介质罩(3)的传统结构的天线增益辐射方向曲线，而实线是本实施例加上介质罩(3)后的天线增益辐射方向曲线。在±50°波束内实现赋形方向图，±15°波束范围内提高增益。本发明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X频段特定赋形天线为例，进一步描述本发明的一种可选实施例。该天线方向图指标要求为：在±50°波束范围内增益大于3dB，±15°大于7dB。
X频段特定赋形天线为例的实施例中，天线同轴多模喇叭(2)波导口径为27.78mm，扼流环口径为59.6mm，扼流环在轴向的长度为12mm，扼流环顶部距离波导口面为7.5mm，介质罩(3)分为两部分：下半部分直径为30.78mm，高度为15mm，厚度为1.5mm；上半部分为圆台结构，底部直径为30.78mm，顶部直径为30mm，高度为10.5mm，因为圆台可以理解为的截头圆锥，本实施例中的该圆台则为锥角为87.87°的截头圆锥，厚度为0.5mm，所述介质罩(3)安装起点在所述同轴多模喇叭(2)的口面下方15mm处。
本发明实施例的测试结果：天线在规定的±50°角度增益大于3.5dB，轴向增益大于8dB，天线外形尺寸Φ65mm×120mm、天线重量0.28kg。
本发明通过同轴多模喇叭(2)加介质罩(3)方式取得了在±15°波束范围内提高增益目的有益成果。经测试，本发明天线在±15°波束范围内增益大于7dB，特定波束(±50°)内增益大于3.4dB，实现了天线的特定波束赋形增益要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等同替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种介质罩波束赋形天线，其特征在于，包括：圆极化器、同轴多模喇叭、介质罩；
所述同轴多模喇叭的扼流环套设于所述圆极化器的输出端，且所述同轴多模喇叭的波导部分伸出该扼流环与所述介质罩连接；
所述介质罩包括同轴连接的连接座和罩体；所述连接座呈桶状，所述罩体的外壁呈圆台状且小口径端远离所述连接座，所述介质罩通过所述连接座套接于所述同轴多模喇叭的所述波导部分上；
所述圆极化器将传输的线极化电磁波转换为圆极化电磁波，通过所述同轴多模喇叭实现一定增益辐射方向控制，通过所述介质罩对所述同轴多模喇叭的波导口辐射的电磁波的折射作用赋形波束，提高±50°范围内的波束的增益指标。
2.根据权利要求1所述的一种介质罩波束赋形天线，其特征在于，所述介质罩的介电常数为3-4。
3.根据权利要求2所述的一种介质罩波束赋形天线，其特征在于，所述介质罩的介电常数为3.5。
4.根据权利要求1所述的一种介质罩波束赋形天线，其特征在于，所述同轴多模喇叭伸出该扼流环的波导部分为圆柱形且设有外螺纹，所述介质罩的所述连接座设有与所述外螺纹对应的内螺纹；
所述同轴多模喇叭的波导部分伸出该扼流环与所述介质罩螺纹连接。
5.根据权利要求1所述的一种介质罩波束赋形天线，其特征在于，所述同轴多模喇叭的所述波导部分的直径为27.78mm。
6.根据权利要求5所述的一种介质罩波束赋形天线，其特征在于，所述扼流环的内径为59.6mm～65mm，所述扼流环的轴向长度为12mm～16mm。
7.根据权利要求6所述的一种介质罩波束赋形天线，其特征在于，所述同轴多模喇叭的所述波导部分伸出扼流环的轴向长度为7.5mm～8.5mm。
8.根据权利要求1所述的一种介质罩波束赋形天线，其特征在于，所述连接座外径为30.78mm，轴向高度为15mm，厚度为1.5mm；
所述罩体的大口径端直径为30.78mm，小口径端的直径为30mm，轴向高度为7mm～10.5mm，小口径端的延伸锥角为86.81°～87.87°，厚度为0.5mm～1mm。
9.根据权利要求1所述的一种介质罩波束赋形天线，其特征在于，还包括同轴波导转换器；所述同轴波导转换器的输出端与所述圆极化器的输入端相连。
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