CN1317884A - 一种改善偏置抛物面天线交叉极化特性的波纹喇叭馈源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改善偏置抛物面天线交叉极化特性的波纹喇叭馈源，它由双模波纹喇叭和由高次模传播及截止光壁圆波导、耦合腔、耦合孔构成的激励器组成。利用双模波纹喇叭中的主模HE₁₁模保证天线具有高增益、低旁瓣性能，利用其高次模HE₂₁模降低天线的交叉极化电平。它还具有结构简单、便于加工和批量生产等特点，特别适合Ku频段小焦距直径比的卫星通信单偏置抛物面天线做馈源装置。

Description

一种改善偏置抛物面天线交叉极化特性的波纹喇叭馈源

本发明涉及通信天线领域中一种改善偏置抛物面天线交叉极化特性的波纹喇叭馈源，特别适用于Ku频段卫星通信系统中具有高增益、低旁瓣、低交叉极化性能的单偏置抛物面天线做馈源装置，尤其适用于车载卫星通信系统所需要的小焦距直径比的单偏置抛物面天线做馈源装置。

单偏置抛物面天线经常用于需要高增益和低旁瓣辐射特性的通信系统中，由于馈源及其支撑结构避开了入射波和反射波的光学路径，所以得到了高增益和低旁瓣特性。但是，由于偏置结构破坏了天线结构的对称性，使单偏置抛物面天线产生一个严重的缺点，即：线极化使用时的去极化特性和圆极化使用时的波束倾斜现象，这在高性能的通信系统中，特别是在采用频率复用体制的卫星通信系统中是不允许出现的，由此限制了单偏置抛物面天线在卫星通信领域中的实际应用。

为了改善单偏置抛物面天线的交叉极化特性，国内外研究人员普遍采取的技术措施是加大抛物面天线的焦距直径比，但是，使用大的焦距直径比会给馈源的支撑结构带来困难，而且馈源的支撑结构越长其结构变形越大，天线的总体电气性能也就难于保证，大焦距直径比的单偏置抛物面天线更不利于车载移动站的使用情况。此外，即使焦距直径比增大到0.9，其交叉极化电平也很难达到卫星组织规定的主波束1dB点范围内小于-33dB的入网规范。

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一种既能降低单偏置抛物面天线交叉极化辐射电平、又能保证天线具有高增益和低旁瓣性能的改善偏置抛物面天线交义极化特性的波纹喇叭馈源，并本发明还具有结构简单、便于加工制造及批量生产、成本低廉等特点，适合Ku频段卫星通信系统中单偏置抛物面天线做波纹喇叭馈源。

本发明的目的是这样实现的：它由波纹槽19结构的双模波纹喇叭1、高次模传播光壁圆波导12和高次模截止光壁圆波导13构成的激励器2、腔盖板3构成，其中激励器2的高次模传播光壁圆波导12圆周壁上加工1至5个耦合腔4结构，1至5个耦合腔4与高次模传播光壁圆波导12圆周内壁之间加工1至5个耦合孔5结构，腔盖板3用螺钉固定在耦合腔4上，激励器2的高次模传播光壁圆波导12和高次模截止圆波导13加工成整体结构，双模波纹喇叭1与激励器2用螺钉固定连接，双模波纹喇叭1加工成波纹槽19结构，波纹槽19结构内口与激励器2的高次模传播光壁圆波导12输出端口对接连接。

本发明的目的还可以通过以下措施达到：

本发明1至5个耦合腔4的每个耦合腔4的长度尺寸6为8至14毫米、宽度尺寸7为3至8毫米、深度尺寸8为1至6毫米，相邻两个耦合腔4之间的分布角度11为30至60度。

本发明1至5个耦合孔5的每个耦合孔5的长度尺寸9为7至12毫米、宽度尺寸10为0.5至4毫米。

本发明激励器2的高次模传播光壁圆波导12的波导管纵向长度尺寸14为20至38毫米，波导管直径尺寸15为20至25毫米，高次模截止光壁圆波导13的波导管直径尺寸16为16至19毫米。

本发明双模波纹喇叭1的第一个波纹槽19的槽深度尺寸17为9至12毫米、槽宽度尺寸18为2至5毫米。

本发明相比背景技术有如下优点：

1．本发明由于采用了双模波纹喇叭1和激励器2结构做波纹喇叭馈源，使波纹喇叭内能同时传输主模HE₁₁模和高次模HE₂₁模两种模式的电磁波，主模产生轴对称的辐射波束，通过适当控制其对单偏置抛物面天线边缘的照射电平，保证了天线具有高增益和低旁瓣特性，天线效率达65％～70％，天线旁瓣满足国际卫星组织规定的29-251gθ入网技术规范。而高次模HE₂₁由激励器产生，通过适当控制其相对于主模的幅度和相位差，使其辐射场抵消单偏置抛物面天线由于其结构的非对称性而产生的交叉极化辐射场，从而使天线的交叉极化电平显著地降低，在Ku频段的发射端(14GHz～14.5GHz)500MHz的带宽内、双线极化工作状态下交叉极化峰值电平低于-30dB(相对于主波束最大值)，主波束1dB点范围内低于-33dB，完全满足国际、国内卫星组织规定的天线交叉极化入网技术规范。

2．本发明不是单纯依靠增大天线的焦距直径比来降低单偏置抛物面天线的交叉极化电平，而是利用双模波纹喇叭馈源中的高次模HE₂₁模来达到同样的目的，所以允许天线选用小的焦距直径比，以便缩短馈源支撑结构，增强天线的稳定性，这在车载卫星通信系统中或安装空间受限制的使用情况中有特别重要的意义。并本发明装配结构零部件少，因此结构简单，便于加工制造及批量生产，成本低廉，适合于Ku频段卫星通信系统中具有高增益、低旁瓣、低交叉极化性能的小焦距直径比的单偏置抛物面天线做波纹喇叭馈源装置。

以下结构附图和实施例对本发明做进一步详细描述。

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明激励器2的A-A剖面图。

参照图1、图2，本发明由波纹槽19结构的双模波纹喇叭1、高次模传播光壁圆波导12和高次模截止光壁圆波导13结构的激励器2、腔盖板3构成。其中激励器2的高次模传播光壁圆波导12圆周壁上加工1至5个耦合腔4结构，1至5个耦合腔4与高次模传播光壁圆波导12圆周内壁之间加工1至5个耦合孔5结构，激励器2的高次模传播光壁圆波导12和高次模截止光壁圆波导13加工成整体结构。激励器2的作用是在高次模传播光壁圆波导中产生一个TE₂₁高次模电磁波信号。实施例激励器2采用市售铝棒材料两端加工成法兰盘结构，便于连接安装，激励器2内部的左端部加工成圆筒形管状波导管结构的高次模传播光壁圆波导12，激励器2内部的右端部加工成圆筒形管状波导管结构的高次模截止光壁圆波导13，高次模传播光壁圆波导12的波导管孔直径尺寸15为20至25毫米，波导管孔纵向长度尺寸14为20至38毫米，实施例高次模传播光壁圆波导12的波导管孔直径尺寸15制作成21毫米，纵向长度尺寸14制作成22毫米。高次模截止光壁圆波导13的波导管孔直径尺寸16为16至19毫米，实施例波导管孔直径尺寸16制作成17毫米，制作中截止光壁圆波导13的波导管孔直径尺寸小于高次模传播光壁圆波导12的波导管孔直径尺寸，其作用是防止高次模传播光壁圆波导12中激励的高次模向高次模截止光壁圆波导13中传输。

本发明激励器2的高次模传播光壁圆波导12圆周壁上加工1至5个耦合腔4,1至5个耦合腔4与高次模传播光壁圆波导12圆周内壁之间加工1至5个耦合孔5，其作用是在高次模传播光壁圆波导12中产生一个TE₂₁高次模电磁波。每个耦合腔4的长度尺寸6为8至14毫米、宽度尺寸7为3至8毫米，深度尺寸8为1至6毫米，相邻两个耦合腔4之间的分布角度11为30至60度。每个耦合孔5的长度尺寸9为7至12毫米、宽度尺寸10为0.5至4毫米。实施例在激励器2圆周壁上加工2个耦合腔4和2个耦合孔5，每个耦合腔4的长度尺寸6加工成9毫米，宽度尺寸7加工成4毫米、深度尺寸8加工成4毫米，两个耦合腔4之间在高次模传播光壁圆波导12管壁上分布角度11为40度。在耦合腔4内加工的耦合孔5长度尺寸9加工成8毫米、宽度尺寸10加工成1毫米。耦合孔5的深度直至打通内壁，即在内壁上加工长方形的耦合孔结构。

本发明双模波纹喇叭1与激励器2用螺钉固定连接。实施例把激励器2的左端口法兰盘用螺钉与双模波纹喇叭1的外壁固定连接安装，并使激励器2的高次模传播光壁圆波导12的波导管口与双模波纹喇叭1的波纹槽口对接。双模波纹喇叭1的第一个波纹槽19，即与高次模传播光壁圆波导12波导管对接的第一个波纹槽其槽深度尺寸17为9至12毫米、槽宽度尺寸18为2至5毫米，实施例双模波纹喇叭的第一个波纹槽19深度尺寸17加工成10毫米、槽宽度尺寸18加工成3毫米。第一个波纹槽的内槽直径尺寸与高次模传播光壁圆波导12的波导管孔直径尺寸15相一致。以保证高次模激励器中传输的主模TE₁₁模和高次模TE₂₁模无反射地传入双模波纹喇叭内，并转化成波纹喇叭内的主模HE₁₁模和高次模HE₂₁模。本发明腔盖板3用螺钉固定在耦合腔4上，其作用是使耦合腔4构成一个密封的腔体结构，实施例采用2毫米厚的铝板材料加工而成。本发明双模波纹喇叭1其喇叭孔内加工成波纹槽结构，其作用是使馈源产生旋转对称的辐射波束，以保证天线具有高增益和低旁瓣特性。实施例采用市售铝棒材料加工成波纹槽结构的波纹喇叭。

本发明简要工作原理如下：线极化(垂直极化或水平极化)的主模TE₁₁模信号由高次模截止光壁圆波导13的波导管口输入，在位于高次模传播光壁圆波导12壁上加工有1至5个耦合孔5和与之相连的1至5个耦合腔4，耦合孔5和耦合腔4组成的激励器激励起高次模TE₂₁模，该高次模在右边的高次模截止圆波导内处于截止状态，不能向右传输，但它能和主模TE₁₁一起向左传输，输入双模波纹喇叭1内，高次模传播光壁圆波导12中的主模TE₁₁和高次模TE₂₁分别转化成波纹喇叭内的主模HE₁₁和高次模HE₂₁信号，并以合适的幅度、相位关系从双模波纹喇叭1孔径面上辐射出去。喇叭孔的直径尺寸取决于为保证单偏置抛物面天线具有高效率和低旁瓣特性所需的边缘照射电平，而波纹喇叭内传输的高次模HE₂₁模，通过适当控制其相对于主模HE₁₁模的幅度和相位差，使其辐射场抵消单偏置抛物面天线因其结构的非对称性而产生的交叉极化辐射场，从而显著地降低天线的交叉极化辐射电平，满足国际、国内卫星组织规定的天线入网技术规范。

Claims (5)

1．一种改善偏置抛物面天线交叉极化特性的波纹喇叭馈源，它包括波纹槽(19)结构的双模波纹喇叭(1)、腔盖板(3)，其特征在于还包括由高次模传播光壁圆波导(12)和高次模截止光壁圆波导(13)构成的激励器(2)，激励器(2)的高次模传播光壁圆波导(12)圆周壁上加工1至5个耦合腔(4)结构，1至5个耦合腔(4)与高次模传播光壁圆波导(12)圆周内壁之间加工1至5个耦合孔(5)结构，腔盖板(3)用螺钉固定在耦合腔(4)上，激励器(2)的高次模传播光壁圆波导(12)和高次模截止圆波导(13)加工成整体结构，双模波纹喇叭(1)与激励器(2)用螺钉固定连接，双模波纹喇叭(1)加工成波纹槽(19)结构，波纹槽(19)结构内口与激励器(2)的高次模传播光壁圆波导(12)输出端口对接连接。

2．根据权利要求1所述的一种改善偏置抛物面天线交叉极化特性的波纹喇叭馈源，其特征在于1至5个耦合腔(4)的每个耦合腔(4)的长度尺寸(6)为8至14毫米、宽度尺寸(7)为3至8毫米、深度尺寸(8)为1至6毫米，相邻两个耦合腔(4)之间的分布角度(11)为30至60度。

3．根据权利要求1或2所述的一种改善偏置抛物面天线交叉极化特性的波纹喇叭馈源，其特征在于1至5个耦合孔(5)的每个耦合孔(5)的长度尺寸(9)为7至12毫米、宽度尺寸(10)为0.5至4毫米。

4．根据权利要求3所述的一种改善偏置抛物面天线交叉极化特性的波纹喇叭馈源，其特征在于激励器(2)的高次模传播光壁圆波导(12)的波导管纵向长度尺寸(14)为20至38毫米，波导管直径尺寸(15)为20至25毫米，高次模截止光壁圆波导(13)的波导管直径尺寸(16)为16至19毫米。

5．根据权利要求4所述的一种改善偏置抛物面天线交叉极化特性的波纹喇叭馈源，其特征在于双模波纹喇叭(1)的第一个波纹槽(19)的槽深度尺寸(17)为9至12毫米、槽宽度尺寸(18)为2至5毫米。

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