CN109962343A - 一种毫米波溅散板天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种性能更加良好、轻便、美观、成本低廉且能批量投产的毫米波溅散板天线，包括旋转对称的溅散板介质、安装于溅散板介质前端的副反射器、连接于溅散板介质尾端的波导管。

Description

一种毫米波溅散板天线
技术领域
本发明涉及毫米波天线技术领域，尤其涉及卫星通信系统中小口径天线Q、Ka等频段的毫米波溅散板天线。
背景技术
溅散板馈源天线属于双反射面后馈天线。相比传统的卡塞格伦、格里高利天线和环焦天线，溅散板馈源天线具有主反射面不需赋形，只赋形支撑介质表面和副反射面，所以既能控制天线口面的幅度分布，又能控制相位分布，实现低旁瓣的辐射场，并且溅散板馈源天线以介质作支撑，并以溅散板为副反射面，从而省去了支撑副反射面的支杆，消除支杆的遮挡，提高了天线效率，因而在卫星通信、射电天文、微波通信和遥感系统等领域得到大量应用。
目前的溅散板馈源天线主要问题是馈源开口辐射波导的终端匹配不理想，造成电压驻波比较高。而且由于溅散板馈源天线的馈源多为光壁圆波导，这样频率升高时，波导开口处由于不连续性在波导内激励并传播有害的波导模式，影响天线的宽频带波瓣等化特性。现有解决办法就是增加销锥或者柱状台阶匹配过渡，但也只能解决较窄的频段匹配，无法解决如卫星通信中宽频段收发甚至多频段收发的问题。因此迫切需要发展新的设计与工艺技术来满足这种需求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，适应现实需要，提供一种性能更加良好、轻便、美观、成本低廉且能批量投产的毫米波溅散板天线。
为了实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案为：
设计一种毫米波溅散板天线，包括旋转对称的溅散板介质、安装于溅散板介质前端的副反射器、连接于溅散板介质尾端的波导管；所述溅散板介质整体呈直径渐变的圆锥体状，且溅散板介质尾端呈直径不变的圆柱体状并构成插入部；位于溅散板介质中前部的溅散板介质侧壁上设有若干个直径随溅散板介质直径渐变的环状台阶；
插入部内为空腔，且空腔贯穿插入部的尾端并形成开口，插入部圆周壁上设有若干个间隔设置的环状槽，并在插入部与圆锥体状的溅散板介质连接处设有环状定位台阶；所述溅散板介质通过插入部插入至波导管前端内固定于波导管前端，且所述波导管前端抵在所述环状台阶上。
所述空腔由三个内径不同第一空腔、第二空腔、第三空腔构成，且第一空腔、第二空腔、第三空腔由内至外依次对接构成三阶台阶状。
所述副反射器由金属薄片制成并呈圆形。
所述副反射器的前侧壁面为平面。
所述副反射器粘接在溅散板介质前端。
所述介质溅散板前端的壁面呈向内凹陷的圆锥面结构，所述副反射器内壁面呈与圆锥面结构匹配的圆锥状，且所述副反射器内壁面位于向内凹陷的圆锥面结构内、且两个贴合并通过粘胶固定。
所述溅散板介质的最大直径为工作波长的2.5～3.5倍，溅散板介质的轴向高度小于溅散板介质的最大直径。
所述溅散板介质由介电常数在2～3之间的聚合物制成。
所述波导管前端内设有内径与所述插入部直径匹配的插管，插管固定于波导管前端内，且插管与波导管前端内壁之间形成圆形槽。
所述波导管前端设有连接法兰，连接法兰上开设有固定孔。
本发明的有益效果在于：
本设计在溅散板介质尾端开口处采用直通波导设计，避免了在加工过程中产生高次模；在波导管前端开口处设置圆形槽，优化了天线的第一旁瓣电平和远轴旁瓣；溅散板介质与波导管连接处在介质上增加了环形槽，可进一步优化终端匹配效果和预期的辐射场，可降低天馈系统驻波、天线旁瓣和背瓣的电平。
附图说明
图1为本设计的整体结构剖视图；
图2为本设计中的副反射器、溅散板介质及波导管前端配合后的剖面结构示意图；
图3为本设计中的溅散板介质剖面结构示意图；
图4为本设计中的波导管前端俯视结构及波导管前端剖面结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
实施例1：一种毫米波溅散板天线，参见图1至图4。
包括旋转对称的溅散板介质2、安装于溅散板介质2前端的副反射器1、连接于溅散板介质2尾端的波导管4；波导管4为空心管状结构，且两端开口，其中，波导管4尾端通过连接件(现有技术)与天线(主反射器连接)。
具体来说，所述溅散板介质2整体呈直径渐变的实心圆锥体状，且溅散板介质2尾端呈直径不变的圆柱体状并构成插入部，波导管与溅散板介质连接处的插入部没有任何变径，避免了高次模的产生。同时，位于溅散板介质中前部的溅散板介质侧壁上设有若干个直径随溅散板介质2直径渐变的环状台阶2.1。
更为具体的，插入部内为空腔，且空腔贯穿插入部的尾端并形成开口，空腔由宽往窄逐阶级变，即所述空腔由三个内径不同第一空腔2.2a、第二空腔2.2c、第三空腔2.2d构成，且第一空腔、第二空腔、第三空腔由内至外依次对接构成三阶台阶状，在实施中，溅散板介质插入部内的台阶级数越多，馈源的匹配特性就越好，天线的频带宽度也就越宽。
进一步的，插入部圆周壁上设有三个间隔设置的环状槽2.2a，三个环状槽2.2a共同完成外轮廓的阻抗匹配和方向图的优化，并在插入部与圆锥体状的溅散板介质连接处设有环状定位台阶2.4；所述溅散板介质2通过插入部插入至波导管前端3内固定于波导管前端，且所述波导管前端3抵在所述环状台阶2.4上。
溅散板介质材料的选择将对电气性能影响很大，只有选取合适介电常数的介质材料，且对溅散板介质进行一定的赋形才能有效控制天线口面的幅度分布和相位分布；本设计中，所述溅散板介质的最大直径为工作波长的2.5～3.5倍，溅散板介质的轴向高度小于溅散板介质的最大直径，所述溅散板介质由介电常数在2～3之间的聚合物(现有技术)制成。
具体来说，所述副反射器1由金属薄片制成并呈圆形，所述副反射器1的前侧壁面为平面，所述副反射器用光敏胶粘接在溅散板介质前端。更为具体的，所述介质溅散板前端的壁面2.3呈向内凹陷的圆锥面结构，所述副反射器内壁面1.1呈与圆锥面结构匹配的圆锥状，且所述副反射器内壁面位于向内凹陷的圆锥面结构内、且两个贴合并通过粘胶固定。
所述波导管前端3内设有内径与所述插入部直径匹配的插管3.1，插管3.1固定于波导管前3端内，且插管3.1与波导管前端内壁3.3之间形成圆形槽3.2。
进一步的，所述波导管前端还设有连接法兰3.4，连接法兰3.4上开设有固定孔3.5。
本设计在能量传送过程中，首先由波导管发射出球面波能量，球面波能量传递到溅散板介质上经过多次反射和折射达到副反射器，再由副反射器经过多次折射和反射辐射到自由空间，进而到达主反射器，再通过主反射器反射出去。能量经过这一系列过程从主反射器反射出去时已从最初始的球面波变为平面波，这是天线作为发射天线的工作原理，作为接收天线时，正好与上述传输路径相反。
经过以上设计，本设计的毫米波溅散板天线在电气方面解决了以下几个问题：
1、解决了传统抛物面天线效率不高的问题，使得天线的效率至少可以达到60％～70％；
2、解决了传统溅散板天线高频以及超高频宽频带和驻波匹配的问题，即使在Ka频段是驻波比小于1.25，Q频段时，驻波比也小于1.4。
3、解决原有溅散板天线介质溅散板加工问题和人工调试问题，能更好的进行批量化生产。
4、天线系统各项指标满足甚至超过ETSICLASS-3标准。
5、解决了传统的溅散板馈源的微波天线只能用于小口径的问题，本发明适用于3米以内的任何口径。
本发明的实施例公布的是较佳的实施例，但并不局限于此，本领域的普通技术人员，极易根据上述实施例，领会本发明的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本发明的精神，都在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种毫米波溅散板天线，其特征在于：包括旋转对称的溅散板介质、安装于溅散板介质前端的副反射器、连接于溅散板介质尾端的波导管；所述溅散板介质整体呈直径渐变的圆锥体状，且溅散板介质尾端呈直径不变的圆柱体状并构成插入部；位于溅散板介质中前部的溅散板介质侧壁上设有若干个直径随溅散板介质直径渐变的环状台阶；
插入部内为空腔，且空腔贯穿插入部的尾端并形成开口，插入部圆周壁上设有若干个间隔设置的环状槽，并在插入部与圆锥体状的溅散板介质连接处设有环状定位台阶；所述溅散板介质通过插入部插入至波导管前端内固定于波导管前端，且所述波导管前端抵在所述环状台阶上。
2.如权利要求1所述的毫米波溅散板天线，其特征在于：所述空腔由三个内径不同第一空腔、第二空腔、第三空腔构成，且第一空腔、第二空腔、第三空腔由内至外依次对接构成三阶台阶状。
3.如权利要求1所述的毫米波溅散板天线，其特征在于：所述副反射器由金属薄片制成并呈圆形。
4.如权利要求1所述的毫米波溅散板天线，其特征在于：所述副反射器的前侧壁面为平面。
5.如权利要求1所述的毫米波溅散板天线，其特征在于：所述副反射器粘接在溅散板介质前端。
6.如权利要求5所述的毫米波溅散板天线，其特征在于：所述介质溅散板前端的壁面呈向内凹陷的圆锥面结构，所述副反射器内壁面呈与圆锥面结构匹配的圆锥状，且所述副反射器内壁面位于向内凹陷的圆锥面结构内、且两个贴合并通过粘胶固定。
7.如权利要求1所述的毫米波溅散板天线，其特征在于：所述溅散板介质的最大直径为工作波长的2.5～3.5倍，溅散板介质的轴向高度小于溅散板介质的最大直径。
8.如权利要求1所述的毫米波溅散板天线，其特征在于：所述溅散板介质由介电常数在2～3之间的聚合物制成。
9.如权利要求1所述的毫米波溅散板天线，其特征在于：所述波导管前端内设有内径与所述插入部直径匹配的插管，插管固定于波导管前端内，且插管与波导管前端内壁之间形成圆形槽。
10.如权利要求1所述的毫米波溅散板天线，其特征在于：所述波导管前端设有连接法兰，连接法兰上开设有固定孔。
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