CN114361767A - 一种宽频带天线馈源及微波天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及天线技术领域，具体涉及一种宽频带天线馈源及微波天线，宽频带天线馈源包括：第一圆波导管、扼流盘、介质环、金属支架、副反射块、圆圆转换器、以及双极化分离器；第一圆波导管的底端通过圆圆转换器连接双极化分离器，介质环设置于第一圆波导管顶端的内壁，扼流盘设置于第一圆波导管的顶端、金属支架设置于第一圆波导管的外壁，且支撑副反射块，本发明还提供包括该宽频带天线馈源的微波天线，本发明提供的宽频带天线馈源及微波天线通过简单加工，即可实现高XPD低驻波的性能。

Description

一种宽频带天线馈源及微波天线

技术领域

本发明涉及天线技术领域，具体涉及一种宽频带天线馈源及微波天线。

背景技术

抛物面天线是通信领域的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。高方向性是它最显著的特点，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，随着通信质量的要求越来越高，主干网传输的通信质量起具有至关重要的作用，而主干网天线的高XPD(Cross Polarization Discrimination，交叉极化分辨率)与低驻波就成了影响主干网传输的通信质量的重要因素。目前市场上主干网天线的高XPD、低驻波馈源基本是通过采用铜质的前馈式照射馈源实现，这种类型的馈源频带窄，驻波主要通过压夹矩形波导管的方式调试，调试非常困难，并且加工成型工艺复杂，价格成本非常高，严重制约着天线成本和网络快速布局。

因此，有必要对现有的宽频带天线馈源进行改进，提供一种加工简单、性能容易实现的高XPD低驻波宽频带天线馈源。

发明内容

本发明目的在于提供一种宽频带天线馈源及微波天线，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供了一种宽频带天线馈源，包括：第一圆波导管、扼流盘、介质环、金属支架、副反射块、圆圆转换器、以及双极化分离器；

所述第一圆波导管的底端通过圆圆转换器连接所述双极化分离器，所述介质环设置于所述第一圆波导管顶端的内壁，所述扼流盘设置于所述第一圆波导管的顶端、所述金属支架设置于所述第一圆波导管的外壁，且支撑所述副反射块。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第一圆波导管的内径尺寸为TE11主模截止尺寸的1.3-1.5倍。

作为上述技术方案的进一步改进，所述双极化分离器包括第二圆波导管、第一标准矩形波导口、矩圆转换器、极化分离结构和第二标准矩形波导口；

所述第二标准矩形波导口设置在第二圆波导管的侧边，并与第一标准矩形波导口正交设置；所述第一标准矩形波导口设置在第二圆波导管的底部，并与极化分离结构之间采用矩圆变换器连接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第二圆波导管的内径尺寸大于TE11主模截止尺寸。

作为上述技术方案的进一步改进，所述极化分离结构包括一排金属针，一排所述金属针处于所述第一圆波导管的中轴线上,且与所述第二标准矩形波导口平行。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第一标准矩形波导口包括1阶截顶圆、多阶截顶圆其中至少一种。

作为上述技术方案的进一步改进，所述介质环的材质为以下任一种：聚四氟乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺/聚酰亚胺。

作为上述技术方案的进一步改进，所述扼流盘的盘口密封设置有密封膜，所述密封膜的材质为以下任一种：聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯。

第二方面，本发明实施例还提供了一种微波天线，包括第一方面任一所述的宽频带天线馈源。

本发明的有益效果是：本发明公开一种宽频带天线馈源及微波天线，通过圆圆转换器连接双极化分离器与第一圆波导管，能够改善馈源的驻波，使整个馈源结构最宽的带宽可达到30％；通过在第一圆波导管的顶端的内壁增加介质环，能够把原来需要的台阶激励变成介质激励，提升馈源的模比特性；本发明将第一圆波导管、扼流盘、以及介质环结合并应用于高XPD低驻波天线馈源的场景，通过简单加工，即可实现高XPD低驻波的性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例中宽频带天线馈源的剖面图；

图2是本发明实施例中馈源辐射部分的剖面图；

图3是本发明实施例中双极化分离器的剖面图；

图4是本发明实施例中宽频带7W馈源的驻波比仿真图；

图5是本发明实施例中宽频带7W馈源的S参数仿真图。

附图说明：1、第一圆波导管；2、扼流盘；21、密封膜；3、介质环；4、金属支架；5、副反射块；6、圆圆转换器；7、双极化分离器；71、第二圆波导管；72、第一标准矩形波导口；73、矩圆转换器；74、极化分离结构；75、第二标准矩形波导口。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，如果具有“若干”之类的词汇描述，其含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参考图1和图2，本发明实施例提供的一种宽频带天线馈源，所述宽频带天线馈源包括：第一圆波导管1、扼流盘2、介质环3、金属支架4、副反射块5、圆圆转换器6、以及双极化分离器7；

所述第一圆波导管1的底端通过圆圆转换器6连接所述双极化分离器7，所述介质环3设置于所述第一圆波导管1顶端的内壁，所述扼流盘2设置于所述第一圆波导管1的顶端、所述金属支架4设置于所述第一圆波导管1的外壁，且支撑所述副反射块5。

本发明提供的实施例中，双极化分离器7与第一圆波导管1之间通过圆圆转换器6连接，所述的第一圆波导管1作为馈源的信号主传输部分，所述第一圆波导管1的顶端作为辐射口部，通过在其顶端的内壁增加介质环3，能够把原来需要的台阶激励变成介质激励，这样可以提升馈源的模比特性，并使整个馈源结构最宽的带宽可达到30％。金属支架4要起支撑副反射块5的作用，其结构可通过仿真软件仿真，得到对性能影响最小的结构。这种结合第一圆波导管1、扼流盘2、以及介质环3的结构形式是业内首次应用于高XPD低驻波天线馈源的场景，通过简单加工，即可实现高XPD低驻波的性能。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第一圆波导管1的内径尺寸为TE11主模截止尺寸的1.3-1.5倍。

与常规设计中的只传输TE11主模的第一圆波导管1的尺寸设计不同，本实施例中，所述第一圆波导管1的内径尺寸为TE11主模截止尺寸的1.3-1.5倍，例如：在10.85GHz频点，TE11模的截止直径是16.2mm，本发明中的第一圆波导管1采用的尺寸是24.3mm。这种设计的好处是，通过加大第一圆波导管1内径，在第一圆波导管1中引入高次模，在能量从第一圆波导管1传输出去照射到副反射块5后，小部分能量反射回到第一圆波导管1，第一圆波导管1的高次模可以进行叠加消除降低驻波比；另一方面，辐射口部的扼流盘2可以使第一圆波导管1所激励出的高次模受到足够大的衰减，通过调节第一圆波导管1的内径尺寸，从而改变扼流盘2的尺寸，可实现最佳的模比和合适的相位关系。

参考图3，作为上述技术方案的进一步改进，所述双极化分离器7包括第二圆波导管71、第一标准矩形波导口72、矩圆转换器73、极化分离结构74和第二标准矩形波导口75；

所述第二标准矩形波导口75设置在第二圆波导管71的侧边，并与第一标准矩形波导口72正交设置；所述第一标准矩形波导口72设置在第二圆波导管71的底部，并与极化分离结构74之间采用矩圆变换器连接。

本实施例中，宽频带天线馈源的具体实现方式为：相同的电信号分别从第一标准矩形波导口72与第二标准矩形波导口75传入，从第一标准矩形波导口72传入的电信号经过矩圆转换器73后到达极化分离结构74，并由极化分离结构74对到达的电信号进行极化净化；从第二标准矩形波导口75进入的电信号一部分向矩圆转换器73方向传输，另一部分向后向的极化分离结构74传输，但是由于极化分离结构74对电信号有分离阻拦作用，向后向的极化分离结构74传输的电信号只能再次向矩圆转换器73方向传输，向矩圆转换器73传输的两部分电信号保持一致，并经第二圆波导管71传输，接着依次经过介质环3、扼流盘2后辐射到副反射块5，并通过副反射块5反射到抛物面上。第二标准矩形波导口75与第一标准矩形波导口72正交设置，能够使得双极化分离器7达到馈源高XPD的功能。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第二圆波导管71的内径尺寸大于TE11主模截止尺寸。

本实施例中，通过合理设置第二圆波导管71的内径尺寸，保证其在工作频段内传播的主模为TE11模。

作为上述技术方案的进一步改进，所述极化分离结构74包括一排金属针，一排所述金属针处于所述第一圆波导管1的中轴线上,且与所述第二标准矩形波导口75平行。

本实施例中，所述极化分离结构74设置在第一圆波导管1的腔体内，用于分解第二标准矩形波导口75的信号和净化第一标准矩形波导口72的信号。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第一标准矩形波导口72包括1阶截顶圆、多阶截顶圆其中至少一种。

作为上述技术方案的进一步改进，所述介质环3的材质为以下任一种：聚四氟乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺/聚酰亚胺。

本实施例中，介质环3选用的材质为损耗和介电常数εr较低、容易加工、不容易受温差影响的材料。另外，通过调整介质环3的厚度，使带宽展宽，馈源驻波变好。

作为上述技术方案的进一步改进，所述扼流盘2的盘口密封设置有密封膜21，所述密封膜21的材质为以下任一种：聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯。密封膜21选用损耗和介电常数小，性能可靠的材料，起到馈源密封作用。

在一些实施例中，所述副反射块5的表面经过波束赋型，具有凹凸结构。可使经第一圆波导管1口部辐射过来的信号反射最小，辐射到反射面能量效率最佳。

如图4和图5所示，在一些仿真例中，采用宽频带7W馈源进行驻波比仿真和S参数仿真。从仿真得到的结果可以看出，本实施例中的双极化分离器7工作于7GHz-8.5GHz，第一标准矩形波导口72和第二标准矩形波导口75的驻波比VSWR≤1.07，隔离度|S21|≤59dB，另外，整个带内方向图具有良好的幅度平坦性、相位一致性、以及很高的增益效率，带内交叉极化鉴别率都能达到40dB以上。

此外，本发明实施例还提供了一种微波天线，包括上述任一宽频带天线馈源。

尽管本发明的描述已经相当详尽且特别对几个所述实施例进行了描述，但其并非旨在局限于任何这些细节或实施例或任何特殊实施例，而是应当将其视作是通过参考所附权利要求，考虑到现有技术为这些权利要求提供广义的可能性解释，从而有效地涵盖本发明的预定范围。此外，上文以发明人可预见的实施例对本发明进行描述，其目的是为了提供有用的描述，而那些目前尚未预见的对本发明的非实质性改动仍可代表本发明的等效改动。

Claims (9)

1.一种宽频带天线馈源，其特征在于，包括：第一圆波导管(1)、扼流盘(2)、介质环(3)、金属支架(4)、副反射块(5)、圆圆转换器(6)、以及双极化分离器(7)；

所述第一圆波导管(1)的底端通过圆圆转换器(6)连接所述双极化分离器(7)，所述介质环(3)设置于所述第一圆波导管(1)顶端的内壁，所述扼流盘(2)设置于所述第一圆波导管(1)的顶端、所述金属支架(4)设置于所述第一圆波导管(1)的外壁，且支撑所述副反射块(5)。

2.根据权利要求1所述的一种宽频带天线馈源，其特征在于，所述第一圆波导管(1)的内径尺寸为TE11主模截止尺寸的1.3-1.5倍。

3.根据权利要求1所述的一种宽频带天线馈源，其特征在于，所述双极化分离器(7)包括第二圆波导管(71)、第一标准矩形波导口(72)、矩圆转换器(73)、极化分离结构(74)和第二标准矩形波导口(75)；

所述第二标准矩形波导口(75)设置在第二圆波导管(71)的侧边，并与第一标准矩形波导口(72)正交设置；所述第一标准矩形波导口(72)设置在第二圆波导管(71)的底部，并与极化分离结构(74)之间采用矩圆变换器连接。

4.根据权利要求3所述的一种宽频带天线馈源，其特征在于，所述第二圆波导管(71)的内径尺寸大于TE11主模截止尺寸。

5.根据权利要求3所述的一种宽频带天线馈源，其特征在于，所述极化分离结构(74)包括一排金属针，一排所述金属针处于所述第一圆波导管(1)的中轴线上,且与所述第二标准矩形波导口(75)平行。

6.根据权利要求3所述的一种宽频带天线馈源，其特征在于，所述第一标准矩形波导口(72)包括1阶截顶圆、多阶截顶圆其中至少一种。

7.根据权利要求1所述的一种宽频带天线馈源，其特征在于，所述介质环(3)的材质为以下任一种：聚四氟乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺/聚酰亚胺。

8.根据权利要求1所述的一种宽频带天线馈源，其特征在于，所述扼流盘(2)的盘口密封设置有密封膜(21)，所述密封膜(21)的材质为以下任一种：聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯。

9.一种微波天线，其特征在于，包括权利要求1-8任一所述的宽频带天线馈源。

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