CN115036692A - 一种应用于环焦天线的三频组合馈源 - Google Patents

一种应用于环焦天线的三频组合馈源 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种应用于环焦天线的三频组合馈源，包括安装于外围套筒中心的S频段振子阵列、X频段同轴喇叭和Ka频段介质杆喇叭；所述S频段振子阵列包括四个结构相同的扇形环振子，所述X频段同轴喇叭包括X频段直波导段,所述Ka频段介质杆喇叭包括Ka频段直波导段。本发明S/X/Ka三频可同时接收电磁波信号，且可分时进行单脉冲自跟踪；S/X/Ka三频馈源各频段以不同的形式实现，配以环焦面赋形，天线效率高、结构紧凑。

Description

一种应用于环焦天线的三频组合馈源
技术领域
本发明涉及微波通信技术领域，特别是涉及一种应用于环焦天线的三频组合馈源。
背景技术
馈源是反射面天线系统的一个重要组成部分。其作用是将来自射频的电信号以电磁波的形式向反射面辐射，将来自卫星的信号经过反射面进入馈源。目前，用于反射面的馈源主要集中在双频或多频共用技术，该技术解决了一套天线复用多个频段的问题，提高了资源的利用率，但本申请发明人发现上述现有技术至少存在如下技术问题：
现有反射面主要通过使用五喇叭、波纹喇叭等馈源形式实现多频段工作，结构复杂庞大、耦合难度大、加工精度要求高。因此亟需提供一种应用于环焦天线的三频组合馈源来解决上述问题。
发明内容
本发明提供了一种用于环焦天线的三频组合馈源，用以解决现有技术中结构复杂庞大、耦合难度大、加工精度要求高问题，达到了天线结构紧凑、降低了耦合难度、天线效率高的技术效果。
为解决上述技术问题，本发明提供一种应用于环焦天线的三频组合馈源，包括安装于外围套筒中心的S频段振子阵列，X频段同轴喇叭和Ka频段介质杆喇叭；
所述S频段振子阵列包括四个结构相同的扇形环振子，所述扇形环振子又包括两个实心接地支杆和两个空心接地支杆，所述两个实心接地支杆和两个空心接地支杆均固定于外围套筒底部内表面，所述两个空心接地支杆内部各穿入一根半刚同轴电缆，两根所述半刚同轴电缆的底端焊接SMA接插件，两根所述半刚同轴电缆的顶端去除屏蔽层及绝缘体，分别露出1㎜及1.5㎜的中间导体，两个所述中间导体与所述两个实心接地支杆之间交叉焊接两个金属连接片，两个所述金属连接片之间的上下间距为0.5㎜，两个所述金属连接片的外侧均包覆有防短路保护套，所述两个空心接地支杆和两个实心接地支杆的顶端均焊接S频段扇形环；
所述X频段同轴喇叭包括X频段直波导段，所述X频段直波导段的内侧安装有匹配环，所述X频段直波导段的内壁开设有多模台阶，所述X频段直波导段顶部周侧开设有扼流槽，X频段同轴馈源增加匹配环，改善驻波，与以往天线将匹配环加于底端相比，该匹配环明显改善了同轴馈源等化性；
所述Ka频段介质杆喇叭包括Ka频段直波导段，所述Ka频段直波导段顶部中心安装有介质锥，所述Ka频段直波导段外壁周侧螺纹连接有多个与介质锥相对应的介质螺钉。
优选的，所述X频段同轴喇叭和Ka频段介质杆喇叭的高度高于S频段振子阵列。
通过上述技术方案，S频段振子阵列，X频段同轴喇叭和Ka频段介质杆喇叭可同时接收电磁波信号，且可分时进行单脉冲自跟踪；S频段振子阵列，X频段同轴喇叭和Ka频段介质杆喇叭三频馈源各频段以不同的形式实现，配以环焦面赋形，天线效率高,结构紧凑。
优选的，所述Ka频段介质杆喇叭位于X频段同轴喇叭的中心，并作为其的内导体。
通过上述技术方案，X频段同轴喇叭与Ka频段介质杆喇叭均工作于TE11模与TE21模，X频段使用同轴喇叭、Ka频段使用圆波导介质杆喇叭，两个频段的能量分开耦合，降低了调试难度，且耦合时使用的器件少。
优选的，所述X频段同轴喇叭与Ka频段介质杆喇叭之间通过介质圆板进行固定，且介质圆板的材料为聚四氟乙烯。
通过上述技术方案，通过优化X频段同轴喇叭与Ka频段介质杆喇叭同轴内外径比例，可实现X频段同轴内的TE21模传输，实现Ka频段圆波导的TE21模传输，且TE11模等化性良好。
优选的，四组所述扇形环振子呈十字正交排布于X频段同轴喇叭和Ka频段介质杆喇叭的四周，且四组扇形环振子之间的间距为1.1×λS最高频率。
通过上述技术方案，S频段振子阵列、X频段同轴喇叭和Ka频段介质杆喇叭保证了三频馈源在环焦天线要求的照射角度范围内方向图的幅度等化性及相位中心的一致性。
优选的，两组所述S频段扇形环呈正交分布。
通过上述技术方案，S频段扇形环采用宽度对称振子组阵，工作于S频段时，可免于调试。
优选的，所述多模台阶与扼流槽连为一体。
优选的，所述介质锥的材料为特氟龙。
本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种技术效果：
1.本发明通过采用对称振子加同轴馈源的方式，结构紧凑，馈源尺寸小，可提高安装效率；
2.本发明S频段采用宽度对称振子组阵，工作于S频段时，免于调试；
3.本发明通过优化X/Ka同轴内外径比例，可实现X频段同轴内的TE21模传输，实现Ka频段圆波导的TE21模传输，且TE11模等化性良好，X频段使用同轴喇叭、Ka频段使用圆波导介质杆喇叭，两个频段的能量分开耦合，降低了调试难度，且耦合时使用的器件少，X频段同轴馈源增加匹配环，改善驻波，与以往天线将匹配环加于底端相比，该匹配环明显改善了同轴馈源等化性，降低了耦合难度；
4.本发明S/X/Ka三频可同时接收电磁波信号，且可分时进行单脉冲自跟踪；S/X/Ka三频馈源各频段以不同的形式实现，配以环焦面赋形，天线效率高。
附图说明
图1为本发明的立体图。
附图标记说明：1、S频段振子阵列；2、X频段同轴喇叭；3、Ka频段介质杆喇叭；4、外围套筒；5、扇形环振子；6、S频段扇形环；7、实心接地支杆；8、空心接地支杆；9、金属连接片；10、半刚同轴电缆；11、防短路保护套；12、X频段直波导段；13、匹配环；14、多模台阶；15、扼流槽；16、Ka频段直波导段；17、介质锥；18、介质螺钉；19、介质圆板。
具体实施方式
本发明提供了一种用于环焦天线的三频组合馈源，用以解决现有技术中结构复杂庞大、耦合难度大、加工精度要求高问题，达到了天线结构紧凑、降低了耦合难度、成本低效率高的技术效果。
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。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。
参阅图1，本发明实施例提供的一种应用于环焦天线的三频组合馈源，包括安装于外围套筒4中心的S频段振子阵列1，X频段同轴喇叭2和Ka频段介质杆喇叭3；所述S频段振子阵列1包括四个结构相同的扇形环振子5，所述扇形环振子5又包括两个实心接地支杆7和两个空心接地支杆8，所述两个实心接地支杆7和两个空心接地支杆8均固定于外围套筒4底部内表面，所述两个空心接地支杆8内部各穿入一根半刚同轴电缆10，两根所述半刚同轴电缆10的底端焊接SMA接插件，两根所述半刚同轴电缆10的顶端去除屏蔽层及绝缘体，分别露出1㎜及1.5㎜的中间导体，两个所述中间导体与所述两个实心接地支杆7之间交叉焊接两个金属连接片9，两个所述金属连接片9之间的上下间距为0.5㎜，两个所述金属连接片9的外侧均包覆有防短路保护套11，所述两个空心接地支杆7和两个实心接地支杆8的顶端均焊接S频段扇形环6；所述X频段同轴喇叭2包括X频段直波导段12，所述X频段直波导段12的内侧安装有匹配环13，所述X频段直波导段12的内壁开设有多模台阶14，所述X频段直波导段12顶部周侧开设有扼流槽15；所述Ka频段介质杆喇叭3包括Ka频段直波导段16，所述Ka频段直波导段16顶部中心安装有介质锥17，所述Ka频段直波导段16外壁周侧螺纹连接有多个与介质锥17相对应的介质螺钉18。
优先的，所述X频段同轴喇叭2和Ka频段介质杆喇叭3的高度高于S频段振子阵列1。
优先的，所述Ka频段介质杆喇叭3位于X频段同轴喇叭2的中心，并作为其的内导体。
优先的，所述X频段同轴喇叭2与Ka频段介质杆喇叭3之间通过介质圆板19进行固定，且介质圆板19的材料为聚四氟乙烯。
优先的，四组所述扇形环振子5呈十字正交排布于X频段同轴喇叭2和Ka频段介质杆喇叭3的四周，且四组扇形环振子5之间的间距为1.1×λS最高频率。
优先的，两组所述S频段扇形环6呈正交分布。
优先的，所述多模台阶14与扼流槽15连为一体。
优先的，所述介质锥17的材料为特氟龙。
具体而言，X频段同轴喇叭2和Ka频段介质杆喇叭3的高度高于S频段振子阵列1，S频段振子阵列1，X频段同轴喇叭2和Ka频段介质杆喇叭3可同时接收电磁波信号，且可分时进行单脉冲自跟踪；S频段振子阵列1，X频段同轴喇叭2和Ka频段介质杆喇叭3三频馈源各频段以不同的形式实现，配以环焦面赋形，天线效率高；
Ka频段介质杆喇叭3位于X频段同轴喇叭2的中心，并作为其的内导体，X频段同轴喇叭2与Ka频段介质杆喇叭3均工作于TE11模与TE21模，X频段使用同轴喇叭、Ka频段使用圆波导介质杆喇叭，两个频段的能量分开耦合，降低了调试难度，且耦合时使用的器件少；
X频段同轴喇叭2与Ka频段介质杆喇叭3之间通过介质圆板19进行固定，且介质圆板19的材料为聚四氟乙烯，通过优化X频段同轴喇叭2与Ka频段介质杆喇叭3同轴内外径比例，可实现X频段同轴内的TE21模传输，实现Ka频段圆波导的TE21模传输，且TE11模等化性良好；
S频段振子阵列1包括四个结构相同的扇形环振子5，扇形环振子5又包括两个实心接地支杆7和两个空心接地支杆8，两个实心接地支杆7和两个空心接地支杆8均固定于外围套筒4底部内表面，两个空心接地支杆8内部各穿入一根半刚同轴电缆10，两根半刚同轴电缆10的底端焊接SMA接插件，两根半刚同轴电缆10的顶端去除屏蔽层及绝缘体，分别露出1㎜及1.5㎜的中间导体，两个中间导体与两个实心接地支杆7之间交叉焊接两个金属连接片9，两个金属连接片9之间的上下间距为0.5㎜，两个金属连接片9的外侧均包覆有防短路保护套11，防止短路，两个空心接地支杆7和两个实心接地支杆8的顶端均焊接S频段扇形环6，四组扇形环振子5呈十字正交排布于X频段同轴喇叭2和Ka频段介质杆喇叭3的四周，且四组扇形环振子5之间的间距为1.1×λS最高频率，S频段振子阵列1、X频段同轴喇叭2和Ka频段介质杆喇叭3保证了三频馈源在环焦天线要求的照射角度范围内方向图的幅度等化性及相位中心的一致性，两组S频段扇形环6呈正交分布，S频段扇形环6采用宽度对称振子组阵，工作于S频段时，可免于调试；
X频段同轴喇叭2包括X频段直波导段12，X频段直波导段12的内侧安装有匹配环13，X频段直波导段12的内壁开设有多模台阶14，X频段直波导段12顶部周侧开设有扼流槽15，多模台阶14与扼流槽15连为一体，X频段同轴馈源增加匹配环13，改善驻波，与以往天线将匹配环13加于底端相比，该匹配环13明显改善了同轴馈源等化性；
Ka频段介质杆喇叭3包括Ka频段直波导段16，Ka频段直波导段16顶部中心安装有介质锥17，介质锥17的材料为特氟龙，Ka频段直波导段16外壁周侧螺纹连接有多个与介质锥17相对应的介质螺钉18。
具体而言，工作时，三频组合馈源采用对称阵子加同轴喇叭的形式实现三个频段的同时工作及分时自跟踪；S频段振子阵列1每组阵子相当于一个阵元，每个阵元由正交的两个扇形环振子5组成，通过后端网络赋予每个阵元中的两个扇形环振子5相同的幅度及90°的相差，可以实现S频段振子阵列1的左右旋圆极化，通过网络同时赋予垂直面的两组阵子0°、90°、180°及270°，赋予水平面的两组阵子90°、180°、270°和0°的相位及相同的幅度，可以实现S频段振子阵列1馈源的单脉冲自跟踪；
X频段同轴喇叭2与Ka频段介质杆喇叭3采用同轴馈源实现X频段及Ka频段的双频工作。Ka频段介质杆喇叭3采用介质锥17加载圆波导喇叭馈源，选用一定的馈电圆波导直径实现和模及差模的传输，为了展宽馈源的波束宽度，提高馈源的旋转对称性，介质锥17采用曲线形式，并且通过调节介质锥17的底部形状来改善馈源的电压驻波比；X频段同轴喇叭2采用同轴多模喇叭，由Ka频段介质杆喇叭3的馈源充当X频段同轴喇叭2馈源的内导体，通过调整外导体的直径及在外导体辐射口处增加扼流槽15，实现X频段同轴喇叭2的和模、差模传输及旋转对称的辐射方向图。
通过上述技术方案，S频段振子阵列，X频段同轴喇叭和Ka频段介质杆喇叭可同时接收电磁波信号，且可分时进行单脉冲自跟踪；S频段振子阵列，X频段同轴喇叭和Ka频段介质杆喇叭三频馈源各频段以不同的形式实现，配以环焦面赋形，达到了天线效率高，结构紧凑，降低了耦合难度的效果。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种应用于环焦天线的三频组合馈源，其特征在于：包括安装于外围套筒(4)中心的S频段振子阵列(1)，X频段同轴喇叭(2)和Ka频段介质杆喇叭(3)；
所述S频段振子阵列(1)包括四个结构相同的扇形环振子(5)，所述扇形环振子(5)又包括两个实心接地支杆(7)和两个空心接地支杆(8)，所述两个实心接地支杆(7)和两个空心接地支杆(8)均固定于外围套筒(4)底部内表面，所述两个空心接地支杆(8)内部各穿入一根半刚同轴电缆(10)，两根所述半刚同轴电缆(10)的底端焊接SMA接插件，两根所述半刚同轴电缆(10)的顶端去除屏蔽层及绝缘体，分别露出1㎜及1.5㎜的中间导体，两个所述中间导体与所述两个实心接地支杆(7)之间交叉焊接两个金属连接片(9)，两个所述金属连接片(9)之间的上下间距为0.5㎜，两个所述金属连接片(9)的外侧均包覆有防短路保护套(11)，所述两个空心接地支杆(7)和两个实心接地支杆(8)的顶端均焊接S频段扇形环(6)；
所述X频段同轴喇叭(2)包括X频段直波导段(12)，所述X频段直波导段(12)的内侧安装有匹配环(13)，所述X频段直波导段(12)的内壁开设有多模台阶(14)，所述X频段直波导段(12)顶部周侧开设有扼流槽(15)；
所述Ka频段介质杆喇叭(3)包括Ka频段直波导段(16)，所述Ka频段直波导段(16)顶部中心安装有介质锥(17)，所述Ka频段直波导段(16)外壁周侧螺纹连接有多个与介质锥(17)相对应的介质螺钉(18)。
2.如权利要求1所述一种应用于环焦天线的三频组合馈源，其特征在于：所述X频段同轴喇叭(2)和Ka频段介质杆喇叭(3)的高度高于S频段振子阵列(1)。
3.如权利要求2所述一种应用于环焦天线的三频组合馈源，其特征在于：所述Ka频段介质杆喇叭(3)位于X频段同轴喇叭(2)的中心，并作为其的内导体。
4.如权利要求3所述一种应用于环焦天线的三频组合馈源，其特征在于：所述X频段同轴喇叭(2)与Ka频段介质杆喇叭(3)之间通过介质圆板(19)进行固定，且介质圆板(19)的材料为聚四氟乙烯。
5.如权利要求1所述一种应用于环焦天线的三频组合馈源，其特征在于：四组所述扇形环振子(5)呈十字正交排布于X频段同轴喇叭(2)和Ka频段介质杆喇叭(3)的四周，且四组扇形环振子(5)之间的间距为1.1×λS最高频率。
6.如权利要求1所述一种应用于环焦天线的三频组合馈源，其特征在于：两组所述S频段扇形环(6)呈正交分布。
7.如权利要求1所述一种应用于环焦天线的三频组合馈源，其特征在于：所述多模台阶(14)与扼流槽(15)连为一体。
8.如权利要求1所述一种应用于环焦天线的三频组合馈源，其特征在于：所述介质锥(17)的材料为特氟龙。
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