CN108346852A - 一种用于定位的毫米波多波束天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于定位的毫米波多波束天线，包括相互平行且同轴的主反射面和副反射面，副反射面通过装配装置连接主反射面，装配装置能够使副反射面相对于主反射面固定，也能够使副反射面在垂直于主反射面的方向上相对于主反射面同轴移动；还包括馈源阵列和馈电网络，馈源阵列的口径面与副反射面的虚焦点在平行于主反射面的同一平面上。本发明通过双反射结构和馈源阵列实现紧凑的高增益多波束天线，有效增大了视场覆盖范围，也提高了定位灵敏度。

Description

一种用于定位的毫米波多波束天线
技术领域
本发明涉及天线技术，特别是涉及一种用于定位的毫米波多波束天线。
背景技术
多波束天线相对于单波束天线具有增大波束覆盖范围的特性，随着毫米波技术的发展，以及人们对多波束天线的要求越来越高，用于定位的毫米波多波束天线具有很大的应用价值。
多波束天线一般分为相控阵多波束天线、透镜多波束天线、反射面多波束天线，反射面类型的多波束天线种类很多，与相控天线、透镜天线相比，这类天线是实现多波束最简单、最便宜、最可靠的天线形式，其中一种是单反射面多波束天线，但其馈源偏离焦点时性能严重降低，限制了波束的数量，因此视场较小。而在雷达定位的应用中，目前通常所用的卡塞格伦天线仅限于单个或几个波束定位，视场覆盖范围甚小。由于天线在微波低频段时，由于频率低，相同的电长度低频天线的尺寸比较大，在物理尺寸、重量等技术要求有所限制的情况下，毫米波天线更具有优势。因此需要一种视场覆盖范围大的毫米波双反射面多波束天线。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种视场覆盖范围大的用于定位的毫米波多波束天线。
技术方案：为达到此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明所述的用于定位的毫米波多波束天线，包括相互平行且同轴的主反射面和副反射面，副反射面通过装配装置连接主反射面，装配装置能够使副反射面相对于主反射面固定，也能够使副反射面在垂直于主反射面的方向上相对于主反射面同轴移动；还包括馈源阵列和馈电网络，馈源阵列的口径面位于副反射面的虚焦点所处的平面上，该平面垂直于主反射面和副反射面的轴线；所述馈源阵列包括按二维等间距6×6布置的36个大小相同的金属喇叭天线，金属喇叭天线的馈电端口与馈电网络连接。
进一步，所述装配装置包括支架和装配环，支架分别连接主反射面和装配环，装配环通过固定机构连接副反射面，且该固定机构能够使副反射面在垂直于主反射面的方向上相对于主反射面同轴移动，可实现对天线波束指向和波束增益的微调，这样在调节副面位置时可以抵消一部分天线的加工误差对天线性能的影响。
进一步，所述固定机构包括设于装配环中间的销钉和围绕销钉设置的多个螺丝。
进一步，所述馈电网络设于主反射面背部。
进一步，所述馈源阵列穿过主反射面并与馈电网络连接。
进一步，所述主反射面的形状为抛物面或者分区抛物面。
有益效果：本发明公开了一种用于定位的毫米波多波束天线，与现有技术相比，具有如下的有益效果：
1)本发明通过一个二维等间距6×6布局的36个大小相同的金属喇叭天线作为馈源阵列，经过主反射面和副反射面的二次反射，实现6×6共计36个波束，6×6个波束在空间按半功率波瓣宽度相互交叠覆盖较大视场，相对于传统卡塞格伦天线有效增大了视场覆盖范围；
2)本发明的馈源阵列是中心馈电，其天线波束的对称性比较好，天线的增益高，相对于偏馈的多波束天线更加有利于定位；
3)本发明的天线结构紧凑，易于馈电。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中主反射面为抛物面的毫米波多波束天线的结构示意图；
图2为本发明具体实施方式中主反射面为金属抛物面的结构示意图；
图3为本发明具体实施方式中副反射面的结构示意图；
图4为本发明具体实施方式中支架的结构示意图；
图5为本发明具体实施方式中馈源阵列的结构示意图；
图6为本发明具体实施方式中主反射面为金属分区抛物面的毫米波多波束天线的结构示意图；
图7为本发明具体实施方式中主反射面为金属分区抛物面的结构示意图；
图8为本发明具体实施方式中主反射面为金属分区抛物面的工作示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的介绍。
本具体实施方式公开了一种用于定位的毫米波多波束天线，如图1所示，包括相互平行且同轴的主反射面1和副反射面2，副反射面2通过装配装置3连接主反射面1。
主反射面1如图2所示，形状为金属抛物面。此外，主反射面1的形状还可以是金属分区抛物面，如图6、图7和图8所示。金属分区抛物面为传统抛物面通过变形过后形成的低剖面的反射面，如图8所示，普通抛物反射面可以将平面波会聚到焦点处，或者将从焦点发出的球面波变换为平面波出射。不过，随着焦距F的缩短，抛物面的边缘高度尺寸越来越大。为了降低边缘高度，可以将单一抛物面分为焦距不同的多个抛物面，只要多个抛物面的焦距满足一定关系，就可以实现普通抛物面的聚焦功能，这种反射面称为分区抛物面。
如图8所示，抛物面Cs和Cs-1的焦距差ΔFs需要满足以下关系：
上式中，M表示大于等于1的整数。如果M等于1，分区抛物面就是一阶的，只对波长为λ的光有聚焦效果；如果M大于1，分区抛物面就是高阶的，对波长为1λ,2λ,3λ,，，，，Mλ的光均有聚焦效果。
抛物面Cs的方程可以表示为：
x2＝4(F+ΔF1+···+ΔFs)(z+ΔF1+···+ΔFs)
图8中参数的几何关系如下：
Dm是抛物面的直径，即整个天线的口径直径；
Fm是抛物面的焦距，即整个天线的焦距；
θ1m是抛物面的半张角；
Ds是双曲面的直径；
θ2m是双曲面的半张角，也是馈源对副反射面的半照射角；
2c是双曲面两焦点之间的距离，即双曲面的焦距。
2a是双曲面两顶点之间的距离，即半长轴。
e是双曲面的离心率。
副反射面2为金属双曲面反射面，如图3所示，其实焦点11和虚焦点22如图1所示，副反射面2的实焦点11与主反射面1的实焦点为同一点。
装配装置3包括装配环32和四个支架31，如图4所示，支架31采用金属材料制成且形状为矩形长条状，如图1所示，支架31的一端通过螺丝35连接主反射面1，支架31的另一端固定连接装配环32，装配环32通过固定机构连接副反射面2，固定机构包括设于装配环32中间的一个销钉33和围绕销钉33设置的三个螺丝34，销钉33和螺丝34使得副反射面2能够在垂直于主反射面1的方向上相对于主反射面1同轴移动。
天线还包括馈源阵列4和设于主反射面1背部的馈电网络5，如图1所示，馈源阵列4穿过主反射面1并与馈电网络5连接，馈源阵列4的口径面42位于副反射面2的虚焦点22所处的平面上，该平面垂直于主反射面1和副反射面2的轴线。馈源阵列4包括二维等间距6×6布局的36个大小相同的金属喇叭天线41，如图1所示，金属喇叭天线41的馈电端口与馈电网络5连接。金属喇叭天线41采用矩形波导馈电，矩形波导通过馈电网络5将能量传到喇叭天线口，能量从喇叭口辐射出去。该馈源阵列的特点是36个相同的喇叭天线单元进行6×6方阵排列，结构紧凑、全金属结构、损耗小、且馈电方式简单，由于馈源阵列位于结构中心馈电，设计时只需考虑其四分之一部分。

Claims (6)

1.一种用于定位的毫米波多波束天线，其特征在于：包括相互平行且同轴的主反射面(1)和副反射面(2)，副反射面(2)通过装配装置(3)连接主反射面(1)，装配装置(3)能够使副反射面(2)相对于主反射面(1)固定，也能够使副反射面(2)在垂直于主反射面(1)的方向上相对于主反射面(1)同轴移动；还包括馈源阵列(4)和馈电网络(5)，馈源阵列(4)的口径面(42)位于副反射面(2)的虚焦点(22)所处的平面上，该平面垂直于主反射面(1)和副反射面(2)的轴线；所述馈源阵列(4)包括按二维等间距6×6布置的36个大小相同的金属喇叭天线(41)，金属喇叭天线(41)的馈电端口与馈电网络(5)连接。
2.根据权利要求1所述的用于定位的毫米波多波束天线，其特征在于：所述装配装置(3)包括支架(31)和装配环(32)，支架(31)分别连接主反射面(1)和装配环(32)，装配环(32)通过固定机构连接副反射面(2)，且该固定机构能够使副反射面(2)在垂直于主反射面(1)的方向上相对于主反射面(1)同轴移动。
3.根据权利要求1所述的用于定位的毫米波多波束天线，其特征在于：所述固定机构包括设于装配环(32)中间的销钉(33)和围绕销钉(33)设置的多个螺丝(34)。
4.根据权利要求1所述的用于定位的毫米波多波束天线，其特征在于：所述馈电网络(5)设于主反射面(1)背部。
5.根据权利要求4所述的用于定位的毫米波多波束天线，其特征在于：所述馈源阵列(4)穿过主反射面(1)并与馈电网络(5)连接。
6.根据权利要求1所述的用于定位的毫米波多波束天线，其特征在于：所述主反射面(1)的形状为抛物面或者分区抛物面。
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