CN117954855A - 一种宽频带帽型馈源天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种宽频带帽型馈源天线，属于卫星通信天线技术领域。该方法采用加载外波纹槽和扼流槽的光壁赋形喇叭，提升喇叭与空间匹配，实现由1.6：1到2.8：1频带的展宽；在喇叭口和额流槽边缘加载缝隙，实现馈源辐射方向图的等化特性；采用小尺寸副反射体减小反射体的遮挡，在反射体加载双扼流槽，减小副反射体的绕射，并提升天线辐射效率；用样条参数化的副反射体和主反射体一体优化设计，扩展传统帽型馈源的频率带宽、并实现良好的旁瓣和效率性能。
Description
技术领域
本发明公开一种宽频带新型帽型馈源天线，属于卫星通信天线技术领域，可应用于雷达、通信、测控等领域的高增益、多频段、宽频带和低旁瓣的天线系统中。
背景技术
通常，副反射面的直径应大于最低工作频率的5个波长，这对于小口径(D/λ＜20)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，此时第一旁瓣难以低于-14dB。要想进一步降低第一旁瓣，就需要减小副反射面的直径。然而对于小于5个波长的副反射面截获效率大大降低，而且对于大尺寸的馈源形成的遮挡也恶化旁瓣特性和天线效率。
传统的帽型馈源可以实现更小的副反射面尺寸(确切地说，是帽子的尺寸)，其直径可设计为2～3个波长，能够实现第一旁瓣小于-15dB的目标，但是其仅能工作于Ku或Ka单频段，带宽最大能做到1.5倍频。现有的技术手段难以实现接近3倍频的帽型馈源天线，尤其是针对小口径(D/λ＜20)的反射面天线更是极为困难。
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宽频带新型帽型馈源天线，带宽可达到2.8：1，驻波小于1.45，旁瓣小于-14dB，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、加载扼流槽的副反射体、支撑反射体的介质环和主反射体组成。本发明的特点还具有结构紧凑，低驻波，低旁瓣和效率高等特点。并且该发明不含有副反射体的调整结构，免调试，反射体支撑结构为环状可承受高功率容量，能够满足卫星通信、遥感测控天线等新一代的宽频带的应用需求。
本发明的目的是这样实现的：
一种宽频带帽型馈源天线，包括从上至下依次设置并中轴线重合的副反射面3、空心介质环7、光壁辐射段1和主反射面8；所述光壁辐射段1为套筒式结构，光壁辐射段的外壁设有与其一体化的螺旋结构和至少一个环状结构，其中环状结构位于光壁辐射段的上半部分，螺旋结构位于下半部分；所述环状结构与光壁辐射段之间具有间隙，形成扼流槽2；围绕在光壁辐射段外壁的螺旋结构形成波纹槽6；
所述顶部的环状结构的环壁上加载有缝隙5，所述空心介质环的延长段位于加载有缝隙的扼流槽中；
所述副反射面上的底部外缘加载有双扼流槽4，双扼流槽的开口朝下，所述空心介质环的顶端位于双扼流槽的外侧槽中。
进一步的，所述光壁辐射段的内壁顶端与空心介质环内壁光滑过渡。
进一步的，所述环状结构和螺旋结构的中心轴均位于所述中轴线重合。
进一步的，所述扼流槽的开口朝向上。
进一步的，所述空心介质环的延长段位于顶部的扼流槽中。
进一步的，所述副反射面的中心内凹。
本发明相比背景技术有如下优点：
1、本发明大幅扩展了帽型馈源的频率带宽可达到2.8：1。本发明的宽带的实现主要通过馈源选用光壁赋形曲线喇叭并引入扼流槽，以改善辐射口与自由空间的匹配，并提升喇叭辐射方向图的等化。
2、本发明中的副反射体采用样条曲线以扩展频率带宽。副反射体外边缘加载扼流槽以提升截获效率。
3、本发明的天线副反射体的直径选取小于3个波长，以减少副反射体的遮挡，该设计理念突破了传统环焦天线设计中副面的直径需要大于5个波长的设计理念。
4、本发明中新型帽型馈源和主反射体一体化优化设计，可以无限逼近小口径天线的驻波、增益和旁瓣性能的综合最优解。
总之，本发明思路构思新颖，效率较高，能够显著扩展帽型馈源天线的工作带宽，是对现有技术的一种重大突破。
附图说明
图1是本发明剖面结构示意图。
图2是本发明馈源实物模型图。
图3是本发明天线实物模型图。
图4是本发明天线的仿真和实测驻波图。
图5是本发明天线的低频点仿真和实测方向图。
图6是本发明天线的高频点仿真和实测方向图。
具体实施方式
参见图1，提供了一种宽带帽型馈源天线，包括光壁辐射段1、加载扼流槽2、样条参数的副反射体3、副反射体加载双扼流槽4、喇叭辐射口和扼流槽加载缝隙5、喇叭外壁加载外波纹槽6、支撑空心介质环7、样条曲线参数的主反射体8。
所述的加载扼流槽的光壁喇叭通过支撑介质环与加载扼流槽的副反射体连接，形成宽频带新型帽型馈源，帽型馈源安装在样条参数的主反射体中心，形成宽频带新型帽型馈源天线。
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和广角旁瓣性能。
副反射体采用样条曲线以扩展频率带宽。副反射体外边缘加载双扼流槽以提升截获效率。副反射体的直径选取小于3个波长，以减少副反射体的遮挡，该设计理念是对传统环焦天线设计理念的突破。
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环型介质支撑可以满足大功率容量的需求。该新型帽型馈源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。
图2和图3给出了本发明的实施案例的馈源和天线产品图，其工作频段覆盖Ka/Ku频段。
图4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1.45，工作带宽可达到2.8：1。
图5和图6给出了某工作频带内相应的高低两频点的方位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-14dB。
从结果可以看出，本发明与现有技术相比，工作带宽大幅增加可达到2.8:1，旁瓣性能和驻波等电气性能良好，结构紧凑。
本发明的简要工作原理：
新型宽频带帽型馈源天线主要采用通过加载外波纹槽和扼流槽的光壁赋形喇叭，提升喇叭与空间匹配，实现频带的展宽；在喇叭口和扼流槽边缘加载缝隙，实现馈源辐射方向图的等化特性；采用小尺寸副反射体减小反射体的遮挡，加载扼流槽的反射体可以减小副反射体的绕射，提升天线辐射效率，用样条参数化的副反射体和主反射体，扩展传统帽型馈源的频率带宽、并实现良好的旁瓣和效率性能。
Claims (6)
1.一种宽频带帽型馈源天线，其特征在于，包括从上至下依次设置并中轴线重合的副反射面(3)、空心介质环(7)、光壁辐射段(1)和主反射面(8)；所述光壁辐射段(1)为套筒式结构，光壁辐射段的外壁设有与其一体化的螺旋结构和至少一个环状结构，其中环状结构位于光壁辐射段的上半部分，螺旋结构位于下半部分；所述环状结构与光壁辐射段之间具有间隙，形成扼流槽(2)；围绕在光壁辐射段外壁的螺旋结构形成波纹槽(6)；
所述顶部的环状结构的环壁上加载有缝隙(5)，所述空心介质环的延长段位于加载有缝隙的扼流槽中；
所述副反射面上的底部外缘加载有双扼流槽(4)，双扼流槽的开口朝下，所述空心介质环的顶端位于双扼流槽的外侧槽中。
2.根据权利要求1所述的一种宽频带帽型馈源天线，其特征在于，所述光壁辐射段的内壁顶端与空心介质环内壁光滑过渡。
3.根据权利要求1所述的一种宽频带帽型馈源天线，其特征在于，所述环状结构和螺旋结构的中心轴均位于所述中轴线重合。
4.根据权利要求1所述的一种宽频带帽型馈源天线，其特征在于，所述扼流槽的开口朝向上。
5.根据权利要求1所述的一种宽频带帽型馈源天线，其特征在于，所述空心介质环的延长段位于顶部的扼流槽中。
6.根据权利要求1所述的一种宽频带帽型馈源天线，其特征在于，所述副反射面的中心内凹。
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