CN110931947A - 一种小型化星载Ka频段天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种小型化星载Ka频段天线，包括抛物面状的主反射面和设置在所述主反射面上方的副反射面，所述主反射面和副反射面之间设置有支撑件，所述主反射面的中央贯穿设置有馈源，所述馈源的下部还设置有波导，所述波导开设有供信号进入的端口。该小型化星载Ka频段天线体积小、重量轻，结构可靠且增益高。

Description

一种小型化星载Ka频段天线
技术领域
本发明属于卫星天线领域，特别是涉及一种小型化星载Ka频段天线。
背景技术
天线是建立卫星与卫星之间双向信息传输通道的一种变换器，以此来完成星间通信，在现有技术中，Ka频段天线的副面产生的输入驻波会有一部分回到馈源中，劣化了馈源的输入驻波特性，不能保证良好的宽频带特性，还可能破坏天线的副瓣特性，还存在体积较大，绕射能力低，易受干扰等情况，这将使得其在有限尺寸范围内很难达到高增益目的。
因此，现在急需一种体积小、结构简单可靠且具有高增益的Ka频段天线，这是本技术领域的技术人员需要解决的技术问题。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种小型化星载Ka频段天线，解决现有技术中Ka频段天线体积大、结构复杂且增益低的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是提供一种小型化星载Ka频段天线，包括抛物面状的主反射面和设置在所述主反射面上方的副反射面，所述主反射面和副反射面之间设置有支撑件，所述主反射面的中央贯穿设置有馈源，所述馈源的下部还设置有波导，所述波导开设有供信号进入的端口。
在本发明小型化星载Ka频段天线的另一实施例中，所述波导的内部开设有空腔，所述空腔连通所述端口，所述空腔从所述端口出发分为第一腔道和第二腔道，所述第一腔道和第二腔道汇交于所述空腔的输出部，所述第一腔道和第二腔道具有路径上的长度差，所述输出部与所述馈源连通。
在本发明小型化星载Ka频段天线的另一实施例中，所述馈源包括相互导通的导通部和喇叭，所述导通部连通所述空腔的输出部，所述喇叭位于所述主反射面上。
在本发明小型化星载Ka频段天线的另一实施例中，所述副反射面设置在所述馈源的正上方，所述副反射面的下表面朝向所述馈源，所述副反射面的下表面具有围绕所述副反射面的中心轴线一周而产生的椭圆面。
在本发明小型化星载Ka频段天线的另一实施例中，所述副反射面为圆形，所述主反射面的焦点所形成的圆的直径与所述副反射面的直径相同，且所述主反射面的焦点所形成的圆与所述副反射面的位置上下对应。
在本发明小型化星载Ka频段天线的另一实施例中，所述椭圆面的其中一个焦点与所述主反射面的焦点重合，所述椭圆面的另一个焦点位于所述馈源的相位中心。
在本发明小型化星载Ka频段天线的另一实施例中，所述主反射面的中央开设有供所述馈源插入的馈源孔，所述馈源孔形状与所述导通部形状相适配，所述喇叭由所述导通部的终端向外扩展，所述喇叭的口径逐渐变大。
在本发明小型化星载Ka频段天线的另一实施例中，所述馈源为角锥喇叭天线。
在本发明小型化星载Ka频段天线的另一实施例中，所述主反射面的最大直径为130mm，所述副反射面的最大直径为40mm。
在本发明小型化星载Ka频段天线的另一实施例中，所述支撑件包括支撑柱，所述支撑柱上端连接所述副反射面，所述支撑柱下端连接所述主反射面，所述支撑柱围绕所述馈源设置。
本发明的有益效果是：本发明公开了一种小型化星载Ka频段天线，包括抛物面状的主反射面和设置在所述主反射面上方的副反射面，所述主反射面和副反射面之间设置有支撑件，所述主反射面的中央贯穿设置有馈源，所述馈源的下部还设置有波导，所述波导开设有供信号进入的端口。该小型化星载Ka频段天线体积小、重量轻，结构可靠且增益高。
附图说明
图1是本发明小型化星载Ka频段天线一实施例分解示意图；
图2是图1所示实施例组装示意图；
图3是本发明小型化星载Ka频段天线另一实施例中波导内部剖视图；
图4是本发明小型化星载Ka频段天线另一实施例中副反射面纵向剖视图；
图5是本发明小型化星载Ka频段天线另一实施例中馈源剖视图；
图6是本发明小型化星载Ka频段天线另一实施例中主反射面、副反射面以及馈源的位置关系侧视图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。
图1是本发明小型化星载Ka频段天线一实施例分解示意图，图2是图1所示实施例组装示意图，图3是本发明小型化星载Ka频段天线另一实施例中波导内部剖视图，图4是本发明小型化星载Ka频段天线另一实施例中副反射面纵向剖视图，图5是本发明小型化星载Ka频段天线另一实施例中馈源剖视图，图6是本发明小型化星载Ka频段天线另一实施例中主反射面、副反射面以及馈源的位置关系侧视图，结合图1至图6，该小型化星载Ka频段天线包括抛物面状的主反射面1和设置在所述主反射面1上方的副反射面2，所述主反射面1和副反射面2之间设置有支撑件，所述主反射面1的中央贯穿设置有馈源4，所述馈源4的下部还设置有波导5，所述波导5开设有供信号进入的端口6。
优选的，所述波导的端口采用为单端口50欧姆探针馈电。
优选的，所述端口6处设置有接头7，所述接头7具有插入所述端口6的接头内芯71，接头7型号为SMA-50K，其特性阻抗为50欧姆，接头7可通过螺钉L1固定在波导5上。
优选的，所述支撑件包括支撑柱3，用以将所述副反射面2与所述主反射面1相固定，所述支撑柱3上端连接所述副反射面2，所述支撑柱3下端连接所述主反射面1，所述支撑柱3长度和数量不固定，在本实施例中，所述支撑柱3为四根且布置均匀，所述支撑柱3围绕所述馈源4设置，在所述支撑柱3的上端面和下端面均开设有螺孔，在所述主反射面1和副反射面2对应的位置也开设有螺孔，通过螺钉将所述主反射面1、副反射面2和支撑柱3连接起来。
进一步优选的，所述主反射面1的底面开设有多个凹槽11，所述凹槽11形状与所述支撑柱3截面形状相适配，且所述凹槽11的中心开设有通孔，用以连接所述支撑柱3。
进一步优选的，所述波导5的内部开设有空腔51，所述空腔51连通所述端口6，所述空腔51从所述端口6出发分为第一腔道511和第二腔道512，所述第一腔道511和第二腔道512汇交于所述空腔51的输出部52，所述第一腔道511和第二腔道512具有路径上的长度差，所述输出部52与所述馈源4连通，所述端口6进入的信号分两路进入所述第一腔道511和第二腔道512，两路信号汇交于所述输出部52并产生90°相位差，形成圆极化进行向外辐射。
进一步优选的，所述空腔51为盲槽，即空腔51朝下与外界连通，在所述波导5下方可设置波导底盘8，用于盖合波导5的底端避免空腔51外露。
进一步优选的，在所述波导底盘8和波导5上开设有多个固定孔D1，用于固定连接所述波导底盘8和波导5。
进一步优选的，所述空腔51为口字型空腔，所述端口6与所述空腔51之间通过传输腔道61连通，传输腔道61为直线型的腔道。
进一步优选的，在所述传输腔道61与所述空腔51的连通处设置有凸起Q1，且凸起Q1位置处的腔道宽度小于其他位置处的腔道宽度，在凸起Q1两侧的腔道宽度随着远离凸起Q1而逐渐增大。
进一步优选的，该小型化星载Ka频段天线工作时，信号从所述端口6进入，经过所述波导5分成两路信号进行传递，至所述馈源时该两路信号会产生90°相位差，继而通过馈源形成圆极化辐射，所辐射的方向图为定向方向图。
优选的，所述波导5上设置有圆形凸台53，所述圆形凸台53用于和所述主反射面1连接，所述主反射面1的下端设置有形状与所述圆形凸台53形状相适配的连接部，连接部和圆形凸台53上开设有多个位置对应的连接孔12，连接部和圆形凸台53通过连接孔12固定连接。
优选的，所述馈源4包括相互导通的导通部41和喇叭42，所述导通部41连通所述空腔51的输出部52，所述喇叭42位于所述主反射面1上，所述导通部41供给信号和能量，自身具有屏蔽性，所述导通部41的横截面为矩形。该馈源对主反射面的遮挡较小，匹配良好，同时对能量进行馈送，还提供有效的照射，对经主反射面和副反射面反射而来的电磁波进行整理。
进一步优选的，所述主反射面1的中央开设有供所述馈源4插入的馈源孔13，所述馈源孔13形状与所述导通部41形状相适配，所述喇叭42由所述导通部41的终端向外扩展，所述喇叭42的口径逐渐变大，具体的，所述喇叭42的内壁为斜面421，所述斜面421所围成的开口朝向所述副反射面2，且所述开口的口径随着所述开口靠近所述副反射面2而逐渐增大，该口径的横截面为矩形。
优选的，所述喇叭42下端面422与所述主反射面1接触连接，在该下端面422上开设有过孔4221，与该过孔4221位置对应的所述主反射面1上开设有过孔14，可通过螺钉将喇叭42与主反射面1连接。
优选的，所述馈源4为角锥喇叭天线，通过波导双馈形成圆极化，其口径为15mm×15mm(不包括壁厚)，高度为31mm，该角锥喇叭天线的口面直径较大，长度较长，增益较高，同时结构简单、频带宽、功率容量大、便于调整与使用。
进一步优选的，馈源可替换为圆锥喇叭(发射线极化波)，变张角喇叭或波纹喇叭(喇叭内壁嵌入了波纹槽，馈源波束窄，易于降低溢出损耗，也易于调节馈源的位置)。
优选的，所述副反射面2设置在所述馈源4的正上方，所述副反射面2的下表面朝向所述馈源4，所述副反射面2的下表面具有围绕所述副反射面2的中心轴线一周而产生的椭圆面21，便于对信号进行反射。
进一步优选的，所述副反射面2的下表面还开设有供所述支撑件嵌入的槽22，槽中开设有螺纹孔221，便于支撑件的上端嵌入槽22后再利用螺钉将支撑件和副反射面螺纹紧固。
优选的，所述副反射面2为圆形，所述主反射面1的焦点所形成的圆的直径与所述副反射面2的直径相同，且所述主反射面1的焦点所形成的圆与所述副反射面2的位置上下对应。
优选的，电磁波先经过所述副反射面2反射至所述主反射面1，再经过所述主反射面1反射至空间，形成定向高增益方向图。由椭圆及抛物线特性可知馈源辐射的信号经过所述主反射面1及副反射面2两次反射的路径为：所述馈源4的相位中心与所述副反射面2的一个焦点重合，馈源辐射的信号经过所述副反射面2的反射所形成的信号会通过所述副反射面2的另一个焦点，所述主反射面1的焦点与所述副反射面2的另一个焦点重合，经过副反射面2的反射所形成的信号再经过所述主反射面1反射后会平行于所述小型化星载Ka频段天线的主轴进行定向发射，从而形成定向高增益的方向图。
优选的，所述椭圆面21由椭圆弧CB绕主反射面轴线OC旋转一周构成，馈源4的相位中心位于副反射面的一个焦点M上，由馈源辐射的电波经副反射面2反射后汇聚于椭圆面21的另一个焦点M’，同时M’也是抛物面AD的焦点，因此，经主反射面反射后的电波平行于轴线OC射出。
由于该天线是一种绕机械转轴的旋转体，因此焦点M’构成了一个垂直于天线轴线OC的圆环，形成了环焦天线形式，该形式可消除副反射面对电波的阻挡，也可基本消除副反射面对馈源的回射，因此具有了低旁瓣的优点，同时天线的口面效率高，驻波比小，工作频率宽。
优选的，馈源4上方端口所在平面与所述副反射面2下表面的距离是由副反射面2椭圆弧CB的两个焦点和焦距确定。所述椭圆面的其中一个焦点与所述主反射面的焦点重合，所述椭圆面的另一个焦点M位于所述馈源4的相位中心，当馈源的相位中心如果和椭圆弧CB对应的一个焦点不重合时，将会影响该天线的电性能，相位中心与该焦点相差偏离越大，对该天线电性能影响也会越大，且天线增益和方向图形状恶化越严重。
进一步优选的，馈源4和副反射面2的距离可以缩短，这样有利于在宽频带降低天线的旁瓣和驻波比，提高天线的效率。
进一步优选的，可进一步适当增加椭圆弧CB的长度，使得主反射面1的电波辐射范围增大，提高主反射面1的利用率。
进一步优选的，可采用相对星体表面倾斜67.5°的方式进行布置，用以提高波束的有效覆盖率。
优选的，该天线的连接孔和固定孔均可使用螺钉，可在螺钉涂上螺纹胶后再进行天线的装配，螺纹胶可在螺纹间隙中形成强韧性胶膜，使得螺钉锁紧不会松动。
优选的，所述螺纹胶为DG-4(蓝色)改性环氧胶黏剂，耐温-196℃～120℃。
优选的，所述Ka天线可选用非磁性材料，所述小型化星载Ka频段天线的主体为铝合金7075-T651，聚酰亚胺支撑件和不锈钢(螺钉)，由于两种材料之间多为螺钉连接，而螺孔跟螺钉之间存在一定的缝隙，可以保证在温度骤降时结构的稳定性。
优选的，所述主反射面的最大直径为130mm，所述副反射面的最大直径为40mm，体积小，重量轻。
基于以上实施例，本发明公开了一种小型化星载Ka频段天线，包括抛物面状的主反射面和设置在所述主反射面上方的副反射面，所述主反射面和副反射面之间设置有支撑件，所述主反射面的中央贯穿设置有馈源，所述馈源的下部还设置有波导，所述波导开设有供信号进入的端口。该小型化星载Ka频段天线体积小、重量轻，结构可靠且增益高。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种小型化星载Ka频段天线，其特征在于，包括抛物面状的主反射面和设置在所述主反射面上方的副反射面，所述主反射面和副反射面之间设置有支撑件，所述主反射面的中央贯穿设置有馈源，所述馈源的下部还设置有波导，所述波导开设有供信号进入的端口。
2.根据权利要求1所述的小型化星载Ka频段天线，其特征在于，所述波导的内部开设有空腔，所述空腔连通所述端口，所述空腔从所述端口出发分为第一腔道和第二腔道，所述第一腔道和第二腔道汇交于所述空腔的输出部，所述第一腔道和第二腔道具有路径上的长度差，所述输出部与所述馈源连通。
3.根据权利要求2所述的小型化星载Ka频段天线，其特征在于，所述馈源包括相互导通的导通部和喇叭，所述导通部连通所述空腔的输出部，所述喇叭位于所述主反射面上。
4.根据权利要求3所述的小型化星载Ka频段天线，其特征在于，所述副反射面设置在所述馈源的正上方，所述副反射面的下表面朝向所述馈源，所述副反射面的下表面具有围绕所述副反射面的中心轴线一周而产生的椭圆面。
5.根据权利要求4所述的小型化星载Ka频段天线，其特征在于，所述副反射面为圆形，所述主反射面的焦点所形成的圆的直径与所述副反射面的直径相同，且所述主反射面的焦点所形成的圆与所述副反射面的位置上下对应。
6.根据权利要求5所述的小型化星载Ka频段天线，其特征在于，所述椭圆面的其中一个焦点与所述主反射面的焦点重合，所述椭圆面的另一个焦点位于所述馈源的相位中心。
7.根据权利要求6所述的小型化星载Ka频段天线，其特征在于，所述主反射面的中央开设有供所述馈源插入的馈源孔，所述馈源孔形状与所述导通部形状相适配，所述喇叭由所述导通部的终端向外扩展，所述喇叭的口径逐渐变大。
8.根据权利要求1所述的小型化星载Ka频段天线，其特征在于，所述馈源为角锥喇叭天线。
9.根据权利要求1所述的小型化星载Ka频段天线，其特征在于，所述主反射面的最大直径为130mm，所述副反射面的最大直径为40mm。
10.根据权利要求1所述的小型化星载Ka频段天线，其特征在于，所述支撑件包括支撑柱，所述支撑柱上端连接所述副反射面，所述支撑柱下端连接所述主反射面，所述支撑柱围绕所述馈源设置。
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