CN112421226B - 双频双极化高功率天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种双频双极化高功率天线，包括：频率1极化H输入端口，频率1极化V输入端口，频率2极化H输入端口，频率2极化V输入端口，以及依次连接的高频方波导、低频方波导、多模喇叭体和天线罩；各个输入端口均通过阶梯谐振窗和耦合窗口与对应方波导耦合；由于低频方波导在高频方波导与多模喇叭体之间，低频方波导也即双频共用方波导。本发明的双频双极化高功率天线解决了传统的双频双极化天线存在的双频双极化端口高功率击穿的问题。

Description

双频双极化高功率天线
技术领域
本发明涉及高功率微波领域应用的天线，具体而言，涉及一种双频双极化高功率天线。
背景技术
目前在高功率微波(HPM)领域应用的天线均为单极化天线，而单极化天线极化形式的单一性限制了高功率微波设备的使用效能(目标极化响应不同)。由此提出使用双频双极化天线，然而在高功率条件下(尤其是GW级)，传统的双频双极化天线存在双频双极化端口高功率击穿的问题。
发明内容
本发明旨在提供一种双频双极化高功率天线，以解决传统的双频双极化天线存在双频双极化端口功率击穿的问题。
本发明的实施例是这样实现的：
一种双频双极化高功率天线，包括：频率1极化H输入端口，频率1极化V输入端口，频率2极化H输入端口，频率2极化V输入端口，以及依次连接的高频方波导、低频方波导、多模喇叭体和天线罩；
所述频率1极化H输入端口依次通过阶梯谐振窗1和耦合窗口1与低频方波导耦合；所述频率1极化V输入端口通过阶梯谐振窗2和耦合窗口2与低频方波导耦合；所述频率2极化H输入端口通过阶梯谐振窗3和耦合窗口3与高频方波导耦合；所述频率2极化V输入端口通过阶梯谐振窗4和耦合窗口4与高频方波导耦合；由于低频方波导在高频方波导与多模喇叭体之间，所述低频方波导也即双频共用方波导。
进一步的，所述低频方波导与高频方波导的横截面同轴且各边平行，并且所述低频方波导与高频方波导的边长比取值范围为1.3:1～1.8:1。
进一步的，所述低频方波导的横截面与多模喇叭体底面同轴，并且所述低频方波导的横截面对角线长度与多模喇叭体底面内直径相等。
进一步的，所述阶梯谐振窗1和阶梯谐振窗2的长度取值范围为1/10λg～1/6λg，其中，λg为相应方波导段在TE10模式下的波导波长；所述阶梯谐振窗3和阶梯谐振窗4为1/4波长阶梯阻抗变换器。
进一步的，所述频率1极化H输入端口，频率1极化V输入端口，频率2极化H输入端口和频率2极化V输入端口的位置关系为：
D1＝3/4λg；D1表示频率1极化H输入端口相对于高频方波导和低频方波导接触面的距离；
D2＝5/4λg；D2表示频率1极化V输入端口相对于高频方波导和低频方波导接触面的距离；
D3＝1/5λg～2/5λg；D3表示频率2极化H输入端口相对于高频方波导远离低频方波导一端的距离；
D4＝6/5λg～4/3λg；D4表示频率2极化V输入端口相对于高频方波导远离低频方波导一端的距离；
其中，λg为相应方波导段在TE10模式下的波导波长。
进一步的，所述频率1极化H输入端口，频率1极化V输入端口，频率2极化H输入端口和频率2极化V输入端口朝向同一方向。
进一步的，所述天线罩截面与多模喇叭体顶面同轴，并且所述天线罩的直径与多模喇叭体顶面外直径相等。
进一步的，所述天线罩为聚四氟乙烯天线罩；所述聚四氟乙烯天线罩的两侧具有波纹环结构。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明的双频双极化高功率天线解决了传统的双频双极化天线存在的双频双极化端口高功率击穿的问题。
2、本发明双频双极化高功率天线中，高频方波导和低频方波导之间直接跳变，使得纵向尺寸较传统设计可压缩20％～30％。
3、本发明的低频方波导与多模喇叭体之间直接跳变，使得纵向尺寸较传统设计可进一步压缩10％～20％。
4、本发明的各个输入端口处具有阶梯谐振窗，解决高功率条件下的阻抗匹配问题，消除传统薄片谐振窗在高功率传输条件下所存在的边沿放电或击穿问题。
5、本发明的聚四氟乙烯天线罩的两侧具有波纹环结构，以提高天线罩表面沿面击穿功率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，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相关的附图。
图1为本发明实施例的双频双极化高功率天线外形结构示意图。
图2为本发明实施例的双频双极化高功率天线内部结构示意图。
图3a为本发明实施例的频率1极化V通道横截面示意图。
图3b为本发明实施例的频率2极化V通道横截面示意图。
图4为本发明实施例的各个输入端口位置关系示意图。
图5a为本发明示例的L波段，F2/F1＝1.08的驻波系数波形图。
图5b为本发明示例的S波段，F2/F1＝1.08的驻波系数波形图。
图6a为本发明示例的L波段，F2/F1＝1.08的各个输入端口之间隔离度。
图6b为本发明示例的S波段，F2/F1＝1.08的各个输入端口之间隔离度。
图7a为本发明示例的L波段，中心频率F0，频率1、频率2极化V输入端口的辐射方向图。
图7b为本发明示例的L波段，中心频率F0，频率1、频率2极化H输入端口的辐射方向图。
图7c为本发明示例的S波段，中心频率F0，频率1、频率2极化V输入端口的辐射方向图。
图7d为本发明示例的S波段，中心频率F0，频率1、频率2极化H输入端口的辐射方向图。
注：F1和F2表示相应工作频段的边频。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
如图1-2所示，本实施例提出一种双频双极化高功率天线，包括：频率1极化H输入端口，频率1极化V输入端口，频率2极化H输入端口，频率2极化V输入端口，以及依次连接的高频方波导、低频方波导、多模喇叭体和天线罩；
所述频率1极化H输入端口依次通过阶梯谐振窗和耦合窗口1与低频方波导耦合；所述频率1极化V输入端口通过耦合窗口2与低频方波导耦合；所述频率2极化H输入端口通过耦合窗口3与高频方波导耦合；所述频率2极化V输入端口通过耦合窗口4与高频方波导耦合；由于低频方波导在高频方波导与多模喇叭体之间，所述低频方波导也即双频共用方波导。
本实施例的双频双极化高功率天线具有如下特点：
1、本实施例的双频双极化高功率天线中，高频方波导和低频方波导之间直接跳变。如图3所示，所述低频方波导与高频方波导的横截面同轴且各边平行，并且所述低频方波导与高频方波导的边长比取值范围为1.3:1～1.8:1，通过该设置，所述双频双极化高功率天线的纵向尺寸较传统设计可压缩20％～30％。
2、本实施例的低频方波导(也即双频共用方波导)与多模喇叭体之间直接跳变。优选地，所述低频方波导的横截面与多模喇叭体底面同轴，并且所述低频方波导的横截面对角线长度与多模喇叭体底面内直径相等，通过该设置，所述双频双极化高功率天线的纵向尺寸较传统设计可进一步压缩10％～20％。
3、本实施例的各个输入端口处具有阶梯谐振窗，解决高功率条件下的阻抗匹配问题，消除传统薄片谐振窗在高功率传输条件下所存在的边沿放电或击穿问题。频率1端口和频率2端口(同极化状态，即频率1极化H输入端口与频率2极化H输入端口；或频率1极化V输入端口与频率2极化V输入端口)之间在频率2的隔离度达到15dB以上。优选地，所述阶梯谐振窗1和阶梯谐振窗2的长度取值范围为1/10λg～1/6λg(一般典型取值为1/8λg)，其中，λg为相应方波导段在TE10模式下的波导波长；所述阶梯谐振窗3和阶梯谐振窗4为1/4波长阶梯阻抗变换器。通过调整阶梯谐振窗的横截面尺寸和长度可以实现特定频率无耗通过，而带外信号大部分反射回主波导(双频共用方波导)通过多模喇叭体。
4、如图4所示，本实施例的所述频率1极化H输入端口，频率1极化V输入端口，频率2极化H输入端口和频率2极化V输入端口的位置关系为：
D1＝3/4λg；D1表示频率1极化H输入端口相对于高频方波导和低频方波导接触面的距离；
D2＝5/4λg；D2表示频率1极化V输入端口相对于高频方波导和低频方波导接触面的距离；
D3＝1/5λg～2/5λg；D3表示频率2极化H输入端口相对于高频方波导远离低频方波导一端的距离；
D4＝6/5λg～4/3λg；D4表示频率2极化V输入端口相对于高频方波导远离低频方波导一端的距离；
其中，λg为相应方波导段在TE10模式下的波导波长。对所述频率1极化H输入端口，频率1极化V输入端口，频率2极化H输入端口和频率2极化V输入端口的位置进行微调，可以提高各个端口的隔离度。
5、所述频率1极化H输入端口，频率1极化V输入端口，频率2极化H输入端口和频率2极化V输入端口朝向同一方向，所有端口的辐射方向图波束宽度和增益基本相当，差异在1.5dB以内。
6、所述天线罩截面与多模喇叭体顶面同轴，并且所述天线罩的直径与多模喇叭体顶面外直径相等，实现方向图旋转对称。
7、在本实施例中，所述天线罩为聚四氟乙烯天线罩，在所述聚四氟乙烯天线罩的两侧具有波纹环结构，以提高天线罩表面沿面击穿功率。
本实施例的双频双极化高功率天线的工作原理为：
频率1高功率微波信号通过频率1极化V输入端口(或频率1极化H输入端口)输入，一部分微波信号通过双频共用方波导和多模喇叭体直接向外部空间辐射，另一部分微波信号经高频方波导(低频截止)反射后再经双频共用方波导和多模喇叭体向外部空间辐射，两部分微波信号在外部空间矢量合成。
频率2高功率微波信号通过频率2极化V输入端口(或频率2极化H输入端口)输入，一部分微波信号通过高频方波导、双频共用方波导和多模喇叭体直接向外部空间辐射，另一部分微波信号经高频方波导底板(高频方波导远离低频方波导的一端)反射后再经高频方波导、双频共用方波导和多模喇叭体向外部空间辐射，两部分微波信号在外部空间矢量合成。
示例：采用本发明实现的一个L/S双频双极化高功率天线，L/S波段分别由频率1端口(频率1极化H输入端口、频率1极化V输入端口)和频率2端口(频率2极化H输入端口、频率2极化V输入端口)输入，即频率1极化H输入端口对应S(H)端口、频率1极化V输入端口对应S(V)端口、频率2极化H输入端口对应L(H)端口、频率2极化V输入端口对应L(V)端口。得到的典型性能如图5～图7所示。从图中可以看出(1)各个输入端口工作频率的驻波系数均在2.0以下；(2)辐射方向图旋转对称；(3)在内部抽真空(真空度0.001Pa以下)条件下，每一个端口的击穿功率(脉冲)均达到GW级。由此表明本发明的双频双极化高功率天线解决了传统的双频双极化天线存在的双频双极化端口高功率击穿的问题。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种双频双极化高功率天线，其特征在于，包括：频率1极化H输入端口，频率1极化V输入端口，频率2极化H输入端口，频率2极化V输入端口，以及依次连接的高频方波导、低频方波导、多模喇叭体和天线罩；
所述频率1极化H输入端口依次通过阶梯谐振窗1和耦合窗口1与低频方波导耦合；所述频率1极化V输入端口通过阶梯谐振窗2和耦合窗口2与低频方波导耦合；所述频率2极化H输入端口通过阶梯谐振窗3和耦合窗口3与高频方波导耦合；所述频率2极化V输入端口通过阶梯谐振窗4和耦合窗口4与高频方波导耦合；由于低频方波导在高频方波导与多模喇叭体之间，所述低频方波导也即双频共用方波导；
所述低频方波导与高频方波导的横截面同轴且各边平行，并且所述低频方波导与高频方波导的边长比取值范围为1.3:1～1.8:1；
所述天线罩为聚四氟乙烯天线罩；所述聚四氟乙烯天线罩的两侧具有波纹环结构。
2.根据权利要求1所述的双频双极化高功率天线，其特征在于，所述低频方波导的横截面与多模喇叭体底面同轴，并且所述低频方波导的横截面对角线长度与多模喇叭体底面内直径相等。
3.根据权利要求1所述的双频双极化高功率天线，其特征在于，所述阶梯谐振窗1和阶梯谐振窗2的长度取值范围为1/10λg～1/6λg，其中，λg为相应方波导段在TE10模式下的波导波长；所述阶梯谐振窗3和阶梯谐振窗4为1/4波长阶梯阻抗变换器。
4.根据权利要求1所述的双频双极化高功率天线，其特征在于，所述频率1极化H输入端口，频率1极化V输入端口，频率2极化H输入端口和频率2极化V输入端口的位置关系为：
D1＝3/4λg；D1表示频率1极化H输入端口相对于高频方波导和低频方波导接触面的距离；
D2＝5/4λg；D2表示频率1极化V输入端口相对于高频方波导和低频方波导接触面的距离；
D3＝1/5λg～2/5λg；D3表示频率2极化H输入端口相对于高频方波导远离低频方波导一端的距离；
D4＝6/5λg～4/3λg；D4表示频率2极化V输入端口相对于高频方波导远离低频方波导一端的距离；
其中，λg为相应方波导段在TE10模式下的波导波长。
5.根据权利要求1所述的双频双极化高功率天线，其特征在于，所述频率1极化H输入端口，频率1极化V输入端口，频率2极化H输入端口和频率2极化V输入端口朝向同一方向。
6.根据权利要求1所述的双频双极化高功率天线，其特征在于，所述天线罩截面与多模喇叭体顶面同轴，并且所述天线罩的直径与多模喇叭体顶面外直径相等。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103151620A (zh) * 2013-02-04 2013-06-12 中国人民解放军国防科学技术大学 高功率微波径向线缝隙阵列天线
KR101817176B1 (ko) * 2017-09-15 2018-01-11 엘아이지넥스원 주식회사 밀리미터파 대역 탐색기용 원형 개구면을 포함한 이중편파 모노펄스 방식의 반사판 안테나
CN207426162U (zh) * 2017-11-08 2018-05-29 江苏贝孚德通讯科技股份有限公司 一种双频天线馈电系统及双频天线
JP2018085601A (ja) * 2016-11-22 2018-05-31 日本無線株式会社 レーダアンテナ用フレアおよびレーダアンテナ
CN111146590A (zh) * 2017-12-05 2020-05-12 安徽四创电子股份有限公司 一种改进的双频馈源喇叭

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1158597A1 (en) * 2000-05-23 2001-11-28 Newtec cy. Ka/Ku dual band feedhorn and orthomode transducer (OMT)
CN104979638B (zh) * 2015-06-26 2017-08-25 安徽四创电子股份有限公司 双频双极化毫米波馈源
CN105958205A (zh) * 2016-06-20 2016-09-21 中国电子科技集团公司第三十八研究所 一种多频段双极化大功率馈源
EP3358669B1 (en) * 2017-02-07 2020-01-08 SIAE Microelettronica S.p.A. Connecting structure and emission/reception system of the dual-band type with dual polarization per frequency band
CN107910650A (zh) * 2017-11-08 2018-04-13 江苏贝孚德通讯科技股份有限公司 一种双频天线馈电系统及双频天线
CN110429378B (zh) * 2019-07-30 2020-11-27 中国电子科技集团公司第三十八研究所 一种双频双极化波导天线单元、天线及设计方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103151620A (zh) * 2013-02-04 2013-06-12 中国人民解放军国防科学技术大学 高功率微波径向线缝隙阵列天线
JP2018085601A (ja) * 2016-11-22 2018-05-31 日本無線株式会社 レーダアンテナ用フレアおよびレーダアンテナ
KR101817176B1 (ko) * 2017-09-15 2018-01-11 엘아이지넥스원 주식회사 밀리미터파 대역 탐색기용 원형 개구면을 포함한 이중편파 모노펄스 방식의 반사판 안테나
CN207426162U (zh) * 2017-11-08 2018-05-29 江苏贝孚德通讯科技股份有限公司 一种双频天线馈电系统及双频天线
CN111146590A (zh) * 2017-12-05 2020-05-12 安徽四创电子股份有限公司 一种改进的双频馈源喇叭

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"一种宽带双频双极化天线的设计";张青等;《2015年全国天线年会论文集（上册）》;20151018;第73-75页 *

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