CN117239439A - 一种X/Ku频段极化可扭转双极化格里高利型双偏置反射面天线 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种X/Ku频段极化可扭转双极化格里高利型双偏置反射面天线，包括依次连接的反射面主镜、反射面副镜、反射面支架、馈源、馈源支架、反射面副镜安装柱、反射面主镜安装柱，所述反射面主镜为抛物面的一部分，反射面主镜偏置角为44.367°；所述反射面副镜为椭球面的一部分，反射面副镜偏置角为42.6157°；所述反射面主镜的焦点与所述反射面副镜的一个焦点重合，所述反射面副镜的另一个焦点与所述馈源的相位中心重合；所述馈源为极化可扭转双极化波纹喇叭馈源。本发明实现了双极化格里高利型双偏置反射面天线的极化扭转、高隔离度与轻量便携，且在扭转过程中，天线的性能变化能够满足使用需求。
Description
技术领域
本发明属于天线技术，具体为一种X/Ku频段极化可扭转双极化格里高利型双偏置反射面天线。
背景技术
应用于轻小型目标特性测量雷达的X/Ku频段天线需要满足轻量便携、极化可扭转、低副瓣等需求。现有的测量设备采用的天线形式为环焦天线和卡塞格伦，这两种天线在主镜尺寸较大时，性能可以满足，但是，在轻小型应用场景下，馈源及副镜支撑杆的遮挡却带来了近轴旁瓣上升和输入电压驻波比过高，无法满足使用需求。
发明内容
本发明的目的在于提出了一种X/Ku频段极化可扭转双极化格里高利型双偏置反射面天线。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种X/Ku频段极化可扭转双极化格里高利型双偏置反射面天线，包括：反射面支架，设置在反射面支架上的反射面主镜、反射面副镜以及馈源，所述反射面主镜的焦点与反射面副镜的一个焦点重合，反射面副镜的另一个焦点与馈源的相位中心重合。
优选地，所述反射面支架上设置有反射面副镜安装盘、反射面主镜安装盘、馈源支架导轨，所述反射面主镜、反射面副镜分别通过反射面主镜安装盘、反射面副镜安装盘设置在反射面支架上，馈源通过馈源支架安装在馈源支架导轨上，且馈源支架能够沿馈源支架导轨滑动。
优选地，所述馈源支架包括馈源安装卡箍与馈源安装底板，通过馈源安装卡箍固定馈源
优选地，所述反射面支架通过天线安装法兰固定在外部。
优选地，所述反射面主镜为抛物线旋转后形成的抛物面的一部分，所述抛物线方程为：
x2＝4fz
式中，z为天线辐射方向，x为主镜径向方向，f为抛物线焦距。
优选地，反射面主镜偏置角θ0为44.367°，反射面主镜边缘与反射面主镜焦点连线与其偏置轴的张角θ*为31.63°。
优选地，反射面副镜偏置角Φ0为42.6157°，反射面副镜母椭球面对称轴与反射面主镜母抛物面的对称轴间夹角β为23.722°。
优选地，所述反射面主镜与反射面副镜采用碳纤维材料，馈源采用铝材料。
优选地，所述馈源为极化可扭转双极化波纹喇叭馈源。
优选地，所述馈源喇叭口径为101.848mm，张角为32°，波纹间距为6mm，波纹宽度为4.5mm，等效相位中心位于馈源口面内40mm处，馈源的边缘照射角为22.5°，边缘照射电平在全频段内为-8.4dB～-20dB。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：本发明实现了X/Ku频段双极化格里高利型双偏置反射面天线的极化可扭转，采用碳纤维材料实现了天线的轻量便携，通过合理配置两个反射镜的偏置状态，实现了天线的低副瓣。
下面结合附图对本发明做进一步详细的描述。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明反射面支架结构示意图。
图3为本发明馈源支架结构示意图。
图4为本发明几何关系示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种X/Ku频段极化可扭转双极化格里高利型双偏置反射面天线，包括：反射面支架3，设置在反射面支架3上的反射面主镜1、反射面副镜2以及馈源4，所述反射面主镜1的焦点FM0与反射面副镜2的一个焦点FM0重合，反射面副镜2的另一个焦点FS0与馈源的相位中心重合。
如图2所示，进一步的实施例中，所述反射面支架3上设置有反射面副镜安装盘8、反射面主镜安装盘9、馈源支架导轨10，所述反射面主镜1、反射面副镜2分别通过反射面主镜安装盘9、反射面副镜安装盘8设置在反射面支架3上，馈源4通过馈源支架5安装在馈源支架导轨10上，且馈源支架5能够沿馈源支架导轨10滑动。
具体地，所述反射面副镜2通过反射面副镜安装柱6与反射面副镜安装盘8固定。
具体地，所述所述反射面主镜1通过反射面主镜安装柱7与反射面主镜安装盘9固定。
如图3所示，进一步的实施例中，所述馈源支架5包括馈源安装卡箍12与馈源安装底板13，通过馈源安装卡箍12固定馈源4。
进一步的实施例中，反射面主镜1与反射面副镜2采用碳纤维材料，反射面支架3与馈源支架5采用复合材料，馈源4采用铝材料。
进一步的实施例中，所述反射面支架3通过天线安装法兰11固定在外部，实现整个反射面天线的安装。
如图4所示，进一步的实施例中，所述反射面主镜1在波束方向上的投影直径DM为600mm，反射面主镜1母抛物面的焦距FM为448mm，反射面主镜1下边缘到反射面主镜1母抛物面对称轴的距离H为100mm，反射面主镜1偏置角θ0为44.367°，反射面主镜1边缘与反射面主镜1焦点连线与其偏置轴的张角θ*为31.63°。
进一步的实施例中，所述反射面主镜1为抛物线旋转后形成的抛物面的一部分，其抛物线方程为
x2＝4fz＝1792z(x＝100mm～700mm)
式中，z为天线辐射方向，x为主镜1径向方向，f为抛物线焦距。
具体地，所述反射面副镜2在反射面主镜1射束方向的投影口径Ds为206.6mm，馈源4相位中心FS0到反射面副镜2的最小距离FS0W为280mm，反射面副镜2偏置角Φ0为42.6157°，反射面副镜2母椭球面对称轴与反射面主镜1母抛物面的对称轴间夹角β为23.722°，反射面副镜2边缘对馈源4偏置轴的夹角Φ*为22.5°，反射面副镜2的焦距Fs为161.3128mm，反射面副镜2的离心率e为0.3。
进一步的实施例中，所述反射面副镜2为椭球面的一部分，椭球长轴的一半为268.8546mm，椭球短轴的一半为256.4709mm。
在本发明中，所述馈源4为极化可扭转双极化波纹喇叭馈源，实现双极化格里高利型双偏置反射面天线的极化可扭转。
具体地，馈源喇叭口径为101.848mm，张角为32°，波纹间距为6mm，波纹宽度为4.5mm，等效相位中心位于馈源4口面内40mm处，馈源4的边缘照射角为22.5°，边缘照射电平在全频段内为-8.4dB～-20dB。
进一步的实施例中，馈源4通过馈源安装卡箍12固定在馈源支架5上。馈源支架5通过馈源安装底板13上的两个凸台定位，并通过四颗螺钉固定在馈源支架导轨10上。反射面主镜1通过三个反射面主镜安装柱7固定在反射面支架3的反射面主镜安装盘9上。反射面副镜2通过三个反射面副镜安装柱6固定在反射面支架3的反射面副镜安装盘8上。
进一步的实施例中，天线分为4个工作过程，即水平极化电磁波发射过程、垂直极化电磁波发射过程、水平极化电磁波接收过程与垂直极化电磁波接收过程。
具体地，水平极化电磁波发射过程为电磁波从馈源4的水平极化端口输入，经由馈源4辐射出初级辐射场，依次入射到副镜2与主镜1，形成次级辐射场，发射到自由空间；垂直极化电磁波发射过程为电磁波从馈源4的垂直极化端口输入，经由馈源4辐射出初级辐射场，依次入射到副镜2与主镜1，形成次级辐射场，发射到自由空间；水平极化电磁波接收过程为水平极化电磁波由自由空间辐射到主镜1后，依次经由主镜1与副镜2的反射，入射到馈源4，并经由馈源4传输到馈源4的水平极化端口，而后传输至接收前端；垂直极化电磁波接收过程为垂直极化电磁波由自由空间辐射到主镜1后，依次经由主镜1与副镜2的反射，入射到馈源4，并经由馈源4传输到馈源4的垂直极化端口，而后传输至接收前端。
本发明采用极化可扭转双极化馈源实现天线的极化可扭转与高隔离度，采用碳纤维材料实现了天线的轻量便携设计，并且采用格里高利型双偏置反射面天线形式，通过合理配置两个反射镜的偏置状态，实现了天线的低副瓣。
本发明天线极化可扭转，且在扭转过程中天线的性能变化能够满足使用需求；碳纤维材料天线轻量便携；双偏置反射面天线降低了馈源与副镜遮挡，实现了低副瓣需求。
馈源采用的波纹喇叭天线采用轴向槽设计以实现超低的交叉极化性能，用极化分集器实现两个端口的高隔离度。当设备应用于舰载时，必须考虑海面上舰船的纵横摇摆对于天线极化的影响。天线的极化由馈源的极化决定，馈源在极化扭转过程中，需要保证馈源的插入损耗与驻波系数的变化在一定范围内，并且对两个极化端口的隔离度提出了更高的要求。
格里高利型双偏置天线容易实现紧凑的结构，且初级馈源和副镜之间有较大间隔，因此可以减小近场效应而易于实现远场条件。同时格里高利型双偏置天线的馈源对副镜的照射分布在主镜口面上可以基本重现，故当初级馈源采用波纹喇叭时，其对副镜的照射分布基本上是高斯分布的，因而主镜口面的场分布也基本是高斯分布的。格里高利型双偏置天线通过合理配置两个反射镜的偏置状态避免了副镜对主镜的遮挡和馈源及其支杆对副镜的遮挡，从而改善了次级辐射图的近轴旁瓣特性和馈源的驻波系数。
Claims (10)
1.一种X/Ku频段极化可扭转双极化格里高利型双偏置反射面天线，其特征在于，包括：反射面支架(3)，设置在反射面支架(3)上的反射面主镜(1)、反射面副镜(2)以及馈源(4)，所述反射面主镜(1)的焦点与反射面副镜(2)的一个焦点重合，反射面副镜(2)的另一个焦点与馈源的相位中心重合。
2.根据权利要求1所述的X/Ku频段极化可扭转双极化格里高利型双偏置反射面天线，其特征在于，所述反射面支架(3)上设置有反射面副镜安装盘(8)、反射面主镜安装盘(9)、馈源支架导轨(10)，所述反射面主镜(1)、反射面副镜(2)分别通过反射面主镜安装盘(9)、反射面副镜安装盘(8)设置在反射面支架(3)上，馈源(4)通过馈源支架(5)安装在馈源支架导轨(10)上，且馈源支架(5)能够沿馈源支架导轨(10)滑动。
3.根据权利要求2所述的X/Ku频段极化可扭转双极化格里高利型双偏置反射面天线，其特征在于，所述馈源支架(5)包括馈源安装卡箍(12)与馈源安装底板(13)，通过馈源安装卡箍(12)固定馈源(4)。
4.根据权利要求1所述的X/Ku频段极化可扭转双极化格里高利型双偏置反射面天线，其特征在于，所述反射面支架(3)通过天线安装法兰(11)固定在外部。
5.根据权利要求1所述的X/Ku频段极化可扭转双极化格里高利型双偏置反射面天线，其特征在于，所述反射面主镜(1)为抛物线旋转后形成的抛物面的一部分，所述抛物线方程为：
x2＝4fz，
式中，z为天线辐射方向，x为主镜径向方向，f为抛物线焦距。
6.根据权利要求1所述的X/Ku频段极化可扭转双极化格里高利型双偏置反射面天线，其特征在于，反射面主镜(1)偏置角θ0为44.367°，反射面主镜(1)边缘与反射面主镜(1)焦点连线与其偏置轴的张角θ*为31.63°。
7.根据权利要求1所述的X/Ku频段极化可扭转双极化格里高利型双偏置反射面天线，其特征在于，反射面副镜(2)偏置角Φ0为42.6157°，反射面副镜(2)母椭球面对称轴与反射面主镜(1)母抛物面的对称轴间夹角β为23.722°。
8.根据权利要求1所述的X/Ku频段极化可扭转双极化格里高利型双偏置反射面天线，其特征在于，所述反射面主镜(1)与反射面副镜(2)采用碳纤维材料，馈源(4)采用铝材料。
9.根据权利要求1所述的X/Ku频段极化可扭转双极化格里高利型双偏置反射面天线，其特征在于，所述馈源(4)为极化可扭转双极化波纹喇叭馈源。
10.根据权利要求9所述的X/Ku频段极化可扭转双极化格里高利型双偏置反射面天线，其特征在于，所述馈源(4)喇叭口径为101.848mm，张角为32°，波纹间距为6mm，波纹宽度为4.5mm，等效相位中心位于馈源(4)口面内40mm处，馈源(4)的边缘照射角为22.5°，边缘照射电平在全频段内为-8.4dB～-20dB。
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