CN107046177B - 后馈式的双极化抛物面天线馈源 - Google Patents

后馈式的双极化抛物面天线馈源 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种后馈式的双极化抛物面天线馈源，其特征在于，它包括依次连接的介质辐射头、圆波导管、前馈式极化分离器，介质辐射头包括沿轴向方向依次设置的内圆柱介质匹配段、管外圆锥介质辐射体，管外圆锥介质辐射体的一端设置有圆锥底面，介质辐射头的内圆柱介质匹配段插入圆波导管内以实现阻抗匹配，管外圆锥介质辐射体则分别对其侧面和底面进行几何赋形，调节相位与初级方向图，圆锥体的圆锥底面敷涂金属涂层以起到副反射面的作用。本发明结构简单，使用安装方便，相比于同类型的产品，性能更加优越。

Description

后馈式的双极化抛物面天线馈源
技术领域
本发明涉及通信天线设备技术领域，更具体是涉及一种适合用于高XPD值的双极化抛物面天线的馈源。
背景技术
抛物面天线是通信领域天馈系统中最早的天线类型之一。抛物天线将位于焦点的馈源所发射的电磁波朝正前方反射并保持同相，从而形成高方向性波束，或者将平行波束会聚于焦点。高方向性它最显著的特点，因此常被应用于高增益场合，如射电天文望远镜、卫星地面接收站、火控雷达、微波中继传输等。在通信系统中常采用抛物面天线来实现大容量空中微波链路通信。近年来，随着无线通信网络从GSM、UMTS发展到LTE，回传网络所需要的承载宽带需求日益增长。对于电信运营商而言，可以通过提高主干网的承载能力大大缓解无线传输紧张的频率资源。提高主干网的承载能力可以通过增加通信频带的带宽、采用多状态调节方式这些通用的方式外，还可以采用交叉极化频率重复使用技术。
交叉极化频率重复使用技术即在同一微波链路中在同一频率上利用两个正交极化独立传输不同的数据信号。显然为了使一个极化(如垂直极化)上传输的信号不致严重干扰另一个极化(如水平极化)上的传输信号，要求传输系统的XPD值足够高。高XPD值的双极化抛物面天线的市场需求悄然而生。高XPD双极化抛物面天线是在原来常规抛物面天线的基础上，对XPD(交叉极化鉴别度)这项指标提出更高的要求，以提升其整个系统的抗干扰能力，使主干网的承载能力大大提升。它的主要应用频段是L6G(5.925GHz～6.425GHz)、U6G(6.425GHz～7.125GHz)7G(7.125GHz～7.75GHz)、8G(7.725GHz～8.5GHz)、11G(10.7GHz～11.7GHz)。
目前，高XPD天线馈源一般采用前馈式的双弯波导结构，其波导管采用标准矩形波导管。主要通过采用极化旋转针的形式将两相互成90°的线极化信号分离或合成后，通过前端的辐射腔发射出去，这种形式的结构高成本、低合格率是一大缺陷。
发明内容
本发明的目的就是为了解决现有技术之不足而提供的一种低成本、加工简单、性能容易实现的后馈式的双极化抛物面天线馈源。
本发明是采用如下技术解决方案来实现上述目的：一种后馈式的双极化抛物面天线馈源，其特征在于，它包括依次连接的介质辐射头、圆波导管、前馈式极化分离器(OMT)，介质辐射头包括沿轴向方向依次设置的内圆柱介质匹配段、管外圆锥介质辐射体，管外圆锥介质辐射体的一端设置有圆锥底面，介质辐射头的内圆柱介质匹配段插入圆波导管内以实现阻抗匹配，管外圆锥介质辐射体则分别对其侧面和底面进行几何赋形，调节相位与初级方向图，圆锥体的圆锥底面最后会敷涂金属涂层以起到副反射面的作用。
作为上述方案的进一步说明，所述介质辐射头选用材料为损耗和介电常数εr较低、容易加工、价格低廉的材料，如聚四氟乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺/聚酰亚胺、氰酸酯；而圆波导管则选用导电性较强、热膨胀系数较小、成本较低的金属材料，如纯铜、合金铜、纯铝和压铸铝。
进一步地，圆波导管内径的选择，要保证其在工作频段内传播的主模为TE11模。
进一步地，前馈式极化分离器包括金属管及其上设置的两个标准矩形波导口、极化旋转结构、极化分离结构，两个标准矩形波导口作为信号输入或者输出，极化分离结构是由若干根与标准矩形波导口一和标准矩形波导口二平行的金属针一组成；极化旋转结构是由一根或者多根与标准矩形波导口二成45°的金属针二组成，位置在标准矩形波导口二的外侧，通过这种结构可以把信号旋转90°。
进一步地，两个标准矩形波导口设置在金属管的同一边或者是两边，主要功能是将信号导入到金属管的腔体或者从腔体传输出来的作用。
进一步地，标准矩形波导口一和标准矩形波导口二沿金属管的轴向方向前后设置。
进一步地，若干根金属针一排列在金属管的腔体内。
进一步地，金属针一设置在两个标准矩形波导口之间。
进一步地，金属管设置有若干根调节驻波用的调节螺钉。
本发明采用上述技术解决方案所能达到的有益效果是：
1、本发明采用由介质辐射头代替常规方案的前馈喇叭馈源，圆波导管代替矩形波导管，低介电常数的几何形状组合的介质辐射头，其前部分是有不同台阶的圆柱体，插入圆波导管内以实现阻抗匹配；后部分的圆锥体则分别对其侧面和底面进行几何赋形，调节相位与初级方向图，圆锥体的底面最后会敷涂金属涂层以起到次反射面的作用，具有高性能、易安装的特点。
2、本发明的标准矩形波导口分开输入，标准矩形波导口间用若干根45度短路针达到极化旋转，并通过若干90度短路针达到极化分离，这种方法比常规的采用间隔8～10度的短路针渐进旋转达至90度的方法，加工成本更低，性能更优。
附图说明
图1为后馈馈源介质辐射头的轮廓线；
图2为后馈馈源介质辐射头的二维图；
图3为前馈式OMT部件的二维图；
图4为前馈式OMT部件的标准矩形出口在同一边位置的剖面图；
图5为前馈式OMT部件的标准矩形出口在两边位置的剖面图；
图6为后馈式辐射头装配波导管连接前馈式OMT的剖面图。
图7为后馈式高XPD双极化馈源7G的S参数图，|S11|、|S11|≤-27.5dB。
图8为后馈式高XPD双极化馈源在f0＝7.4375GHz的增益方向图(实线-Phi＝0o，XOZ平面；虚线-Phi＝90o，YOZ平面)。
附图标记说明：1、介质辐射头 1-1、内圆柱介质匹配段 1-2、管外圆锥介质辐射体1-3、圆锥底面 2、圆波导管 3、前馈式极化分离器 3-1、金属管 3-2、标准矩形波导口一 3-3、标准矩形波导口二 3-4、极化旋转结构 3-5、极化分离结构 4、调节螺钉 5、管口。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本技术方案作详细的描述。
如图1-图6所示，本发明是一种后馈式的双极化抛物面天线馈源，它包括依次连接的介质辐射头1、圆波导管2、前馈式极化分离器3。圆波导管内径选择需保证TE11主模传输和功率容量要求。
介质辐射头1包括沿轴向方向依次设置的内圆柱介质匹配段1-1、管外圆锥介质辐射体1-2，管外圆锥介质辐射体的一端设置有圆锥底面1-3，介质辐射头的内圆柱介质匹配段插入圆波导管内以实现阻抗匹配，管外圆锥介质辐射体则分别对其侧面和底面进行几何赋形，调节相位与初级方向图，圆锥体的圆锥底面最后会敷涂金属涂层以起到副反射面的作用。管内介质匹配段由四节直径Di和长度Li各不相同的圆柱段组成，其中至少有一节圆柱段的直径Di与波导管内径D一致。本实施例中，圆波导管内的介质体部分共由四节圆柱体组成，它们的直径和长度分别为：D1和L1、D2和L2、D3和L3。第二节和第四节的直径D2和D4等于圆波导管内径Di，主要是为了调节辐射头的驻波用。
管外圆锥介质辐射体，其圆锥面为不同直径与高度的曲面。所述介质辐射头选用材料为损耗和介电常数εr较低、容易加工、价格低廉的材料，如聚四氟乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺/聚酰亚胺、氰酸酯；而圆波导管则选用导电性较强、热膨胀系数较小、成本较低的金属材料，如纯铜、合金铜、纯铝和压铸铝。
前馈式极化分离器3包括金属管3-1及其上设置的标准矩形波导口一3-2、标准矩形波导口二3-3、极化旋转结构3-4、极化分离结构3-5。
两个标准波导口的尺寸分别是所对应频段能保证TE10主模传输的标准矩形波导尺寸A与B，是有国标标准规定的，它的位置分别在金属管的腔体的同一边或者是两边。它的主要功能是信号进入到腔体或者从腔体传输出来的作用。极化旋转结构，主要是由1根或者是多根处于与矩形波导口二成45°方向的金属针二组成；通过这种结构可以把信号旋转90°。极化分离结构，是由若干根排列在金属腔内并与标准波导口一、标准波导口二平行的金属针一组成；在若干根金属针一中，靠近标准波导口二的金属针主要是分解标准波导口二的信号，靠近标准波导口一的金属针主要是净化标准波导口一的信号。在金属管的侧部设置有调节驻波用的调节螺钉4。
整个馈源方案的实现方式是相同的电信号分别从标准矩形波导一与二传入，经与金属管的连接端进入腔体。从标准矩形波导二进入的信号经过金属针二进行信号旋转后，由金属针一进行分离，保证信号往金属管的管口5方向传输。从标准矩形波导一进入的信号进入腔体后，金属针一的作用主要是对信号进行净化作用，由于电场关系只能向前传播。两个信号再经过金属管的管口传入圆波导管，进行介质辐射头，经过金属化的副反射面反射到抛物面天线上。
如图7和图8所示，本技术方案主要工作于5.925GHz～11.7GHz，它的反射系数|S11|≤-26.5dB，正交模隔离度|S21|≤-45dB，驻波比VSWR≤1.1，短路IPI≤-44dB。另外，整个带内方向图具有良好的幅度平坦性、相位一致性，很好的交叉极化，较小的旁瓣和后瓣，以及很高的增益效率。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种后馈式的双极化抛物面天线馈源，其特征在于，它包括依次连接的介质辐射头、圆波导管、前馈式极化分离器，介质辐射头包括沿轴向方向依次设置的内圆柱介质匹配段、管外圆锥介质辐射体，管外圆锥介质辐射体的一端设置有圆锥底面，介质辐射头的内圆柱介质匹配段插入圆波导管内以实现阻抗匹配，管外圆锥介质辐射体则分别对其侧面和底面进行几何赋形，调节相位与初级方向图，圆锥体的圆锥底面敷涂金属涂层以起到副反射面的作用；
前馈式极化分离器包括金属管及其上设置的两个标准矩形波导口、极化旋转结构、极化分离结构，两个标准矩形波导口作为信号输入或者输出，极化分离结构是由若干根排列在金属管的腔体内并与标准矩形波导口一、标准矩形波导口二平行的金属针一组成；在金属管的侧部设置有调节驻波用的调节螺钉；极化旋转结构是由一根或者多根与标准矩形波导口二成45°的金属针二组成，位置在标准矩形波导口二的外侧，通过这种结构可以把信号旋转90°。
2.根据权利要求1所述的后馈式的双极化抛物面天线馈源，其特征在于，所述介质辐射头选用材料为聚四氟乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺/聚酰亚胺、氰酸酯中的一种；圆波导管则选用金属材料。
3.根据权利要求1所述的后馈式的双极化抛物面天线馈源，其特征在于，圆波导管内径的选择，要保证其在工作频段内传播的主模为TE11模。
4.根据权利要求1所述的后馈式的双极化抛物面天线馈源，其特征在于，两个标准矩形波导口设置在金属管的同一边或者是两边。
5.根据权利要求1所述的后馈式的双极化抛物面天线馈源，其特征在于，标准矩形波导口一和标准矩形波导口二沿金属管的轴向方向前后设置。
6.根据权利要求1所述的后馈式的双极化抛物面天线馈源，其特征在于，金属针一设置在两个标准矩形波导口之间。
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