CN117878605A - 一种帽型馈源椭圆波束天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种帽型馈源椭圆波束天线，属于电子信息技术领域。其包括光壁赋形喇叭、正交函数参数化的副反射体、正交函数参数化的椭圆口径主反射体以及副面支撑杆；所述光壁赋形喇叭加载有外波纹槽和扼流槽；副反射体通过副面支撑杆固定在椭圆口径主反射体的中心，光壁赋形喇叭位于副反射体和椭圆口径主反射体之间，且光壁赋形喇叭的中轴线和椭圆口径主反射体的中轴线重合；光壁赋形喇叭的外表面设有螺旋线凸起和环形套，所述环形套位于螺旋状凸起的上方；所述环形套通过其底部向内侧的延伸固定在光壁赋形喇叭的外表面，并形成扼流槽；螺旋状凸起之间的槽为外波纹槽。本发明具有低剖面、大轴比、低旁瓣、高效率和低驻波等特点。

Description

一种帽型馈源椭圆波束天线

技术领域

本发明涉及电子信息领域，为一种帽型馈源椭圆波束天线，可应用于雷达、通信、测控等领域的较高效率、低旁瓣和低剖面的天线系统中特别适合小口径天线系统中。

背景技术

目前电尺寸大于25个波长的椭圆波束天线主要由赋形卡塞格伦椭圆波束天线、混合型椭圆波束天线、环焦型椭圆波束天线，其副面尺寸均大于4.5个波长。但对于小口径(D/λ＜25)反射面天线来说，副反射面对主反射面反射波的遮挡太大，导致第一旁瓣较高，口径效率降低。要想进一步降低第一旁瓣，提升小口径椭圆波束天线的效率就需要减小副反射面的直径。而减少副反射面尺寸，会带来天线截获效率大大降低，馈源遮挡增大等问题，导致天线性能大幅降低。

发明内容

本发明的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供了一种新型帽型馈源椭圆波束天线，椭圆比达到1.8：1，驻波小于1.42，旁瓣小于-15dB，效率达到45％以上。该发明主要由加载外波纹槽和扼流槽的光壁赋形喇叭、正交函数(样条曲面)参数化的副反射体、正交函数(样条曲面)参数化的椭圆口径主反射体，以及副面支撑杆组成。本发明的特点还具有低剖面、大轴比、低旁瓣、高效率和低驻波等特点。并且该发明反射体无需介质环支撑，可承受高功率容量，能够满足卫星通信、微波接力和雷达天线等高功率的应用需求。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种帽型馈源椭圆波束天线，包括光壁赋形喇叭、正交函数参数化的副反射体、正交函数参数化的椭圆口径主反射体以及副面支撑杆；所述光壁赋形喇叭加载有外波纹槽和扼流槽；

所述副反射体通过副面支撑杆固定在椭圆口径主反射体的中心，光壁赋形喇叭位于副反射体和椭圆口径主反射体之间，且光壁赋形喇叭的中轴线和椭圆口径主反射体的中轴线重合；

所述光壁赋形喇叭的外表面设有螺旋线凸起和环形套，所述环形套位于螺旋状凸起的上方；所述环形套通过其底部向内侧的延伸固定在光壁赋形喇叭的外表面，并形成扼流槽；螺旋状凸起之间的槽为外波纹槽；

所述光壁赋形喇叭的底部贯穿椭圆口径主反射体并延伸。

进一步的，所述光壁赋形喇叭与椭圆口径主反射体通过法兰连接。

进一步的，所述环形套上设有阵列其顶沿的缝隙，缝隙平行于光壁赋形喇叭的中轴线。

本发明采取上述技术方案所产生的有益效果在于：

1、馈源选用光壁赋形喇叭并加载扼流槽，以改善辐射口与自由空间的匹配，提升喇叭辐射方向图的等化性能。

2、载外波纹槽和扼流槽的光壁赋形喇叭和副反射体之间采用四个支撑杆安装在主反射面上，无需介质支撑可以满足大功率容量的需求。

3、光壁喇叭、参数化的副反射体和主反射体一体化优化设计，可进一步的提升天线的驻波、增益和旁瓣性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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是本发明椭圆波束帽型馈源的结构仿真简图。

图2是图1中主反射体和副反射面的结构简图。

图3是图1中馈源、主反射体和副反射面。

图4是本发明实施例的结构示意图。

图5是本发明实施例的馈源和副反射面的结构示意图。

图6是本发明实施例高频点的仿真实测方向图。

图7是本发明实施例低频点的仿真实测方向图。

图8是本发明实施例的仿真和实测驻波图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定装置结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

一种帽型馈源椭圆波束天线，包括加载外波纹槽和扼流槽的光壁赋形喇叭、正交函数(样条曲面)参数化的副反射体、正交函数(样条曲面)参数化的椭圆口径主反射体，以及副面支撑杆，其包括光壁赋形喇叭安装在主反射体中心底部，副反射体可由四根支撑杆固定在主反射面上。

喇叭辐射出的轴对称波束，由参数化的副反射体反射，形成椭圆锥照射，经椭圆口径的主反射体反射形成椭圆波束。

进一步的，馈源选用光壁赋形喇叭并加载扼流槽，以改善辐射口与自由空间的匹配，提升喇叭辐射方向图的等化性能。

进一步的，副反射体采用正交及函数或正交函数(样条曲面)参数化，以形成椭圆照射。

进一步的，副反射体的直径选取3个波长左右，以减少副反射体的遮挡，从而改善旁瓣性能和提升天线效率。

进一步的，加载外波纹槽和扼流槽的光壁赋形喇叭和副反射体之间采用四个支撑杆安装在主反射面上，无需介质支撑可以满足大功率容量的需求。

进一步的，光壁喇叭、参数化的副反射体和主反射体一体化优化设计，可进一步的提升天线的驻波、增益和旁瓣性能。

进一步的，所述光壁赋形喇叭与椭圆口径主反射体通过法兰连接。

进一步的，所述环形套上设有阵列其顶沿的缝隙，缝隙平行于光壁赋形喇叭的中轴线。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图通过具体实施例来进行说明。

参见图1，提供了一种帽型馈源椭圆波束天线，包括光壁辐射段—1、加载双额流槽—2、喇叭辐射口和额流槽加载缝隙—3、喇叭外壁加载外波纹槽—4、正交函数参数化的副反射体—5、正交函数参数化的椭圆口径主反射体—6、支撑杆—7。

所述的加载扼流槽的光壁喇叭馈源安装在主反射体中心，正交函数参数化的副反射体通过支撑杆主反射体的边缘连接，形成新型帽型馈源椭圆波束天线。喇叭辐射出的轴对称波束，由参数化的副反射体反射，形成椭圆锥照射，经椭圆口径的主反射体反射形成椭圆波束。

图2给出了本发明的正交函数(样条去曲面)参数化的主副反射体以及可用36-100个控制点实现对主副反射体形状的控制。

图3给出了本发明的天线光路图，可见该天线和传统天线不同，其光路不是再满足严格的平行关系。

图4和图5给出Ku频段帽型馈源椭圆波束天线和椭圆波束帽型馈源的模型图。

图6和图7给出了Ku工作频带内的相应的高低两频点的方面和俯仰面的辐射方向图，可看出在设计的带宽内，实测和仿真的天线方向图吻合良好，方位面和俯仰面的旁瓣均低于-15dB。

图8给出了在工作频带内仿真和实测驻波曲线，可看出在设计的带宽内电压驻波比小于1.42。

从结果可以看出，本发明与现有技术相比，天线的旁瓣性能和驻波等电气性能良好，结构紧凑，是一款适用于小口径大轴比椭圆波束天线实现高性能的设计方案。

本发明的简要工作原理：

帽型馈源椭圆波束天线主要通过加载双额流槽和外波纹槽的小口径光壁辐射段实现方向图的等化；采用小尺寸正交函数参数化的副反射体，形成椭圆照射，在经正交函数参数化的椭圆口径主反射体反射形成的椭圆波束，采用的小尺寸副反射体可以大幅减小副反射体的遮挡，有利于实现高效率、低旁瓣和低驻波特性。该发明是对现有天线设计方法的一个重要突破，适用于是星载、车载、机载、船载等空间有限的系统中，可用于低剖面、低旁瓣、高性能天线的制造中。

Claims (3)

1.一种帽型馈源椭圆波束天线，其特征在于，包括光壁赋形喇叭、正交函数参数化的副反射体、正交函数参数化的椭圆口径主反射体以及副面支撑杆；所述光壁赋形喇叭加载有外波纹槽和扼流槽；

所述副反射体通过副面支撑杆固定在椭圆口径主反射体的中心，光壁赋形喇叭位于副反射体和椭圆口径主反射体之间，且光壁赋形喇叭的中轴线和椭圆口径主反射体的中轴线重合；

所述光壁赋形喇叭的外表面设有螺旋线凸起和环形套，所述环形套位于螺旋状凸起的上方；所述环形套通过其底部向内侧的延伸固定在光壁赋形喇叭的外表面，并形成扼流槽；螺旋状凸起之间的槽为外波纹槽；

所述光壁赋形喇叭的底部贯穿椭圆口径主反射体并延伸。

2.根据权利要求1所述的一种帽型馈源椭圆波束天线，其特征在于，所述光壁赋形喇叭与椭圆口径主反射体通过法兰连接。

3.根据权利要求1所述的一种帽型馈源椭圆波束天线，其特征在于，所述环形套上设有阵列其顶沿的缝隙，缝隙平行于光壁赋形喇叭的中轴线。