CN204991951U - 一种动中通天线的天馈系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种动中通天线的天馈系统，包括同轴设置的环焦天线面、副反装置和馈源系统；其中所述环焦天线面的母线为抛物线；所述副反装置包括副反射面，所述副反射面通过撑杆固定于环焦天线面的上方，所述副反射面的母线为椭圆曲线；所述馈源系统包括馈源喇叭，所述馈源喇叭通过波导组件固定于环焦天线面的中心；所述焦环的直径与所述副反射面的直径相同，所述馈源喇叭的口径小于所述副反射面的直径。从馈源喇叭射出的电磁微波经副反射面反射后，会直接射到环焦天线面的焦环之外的弧形面上，根除了作为初级馈源的波纹喇叭所引起的遮挡大于副反射面造成的次级遮挡的结构缺陷，使得波束的传导更加有效且大大降低了馈源喇叭产生驻波的可能。

Description

一种动中通天线的天馈系统

技术领域

本实用新型涉及卫星通信技术领域，具体涉及一种动中通天线的天馈系统。

背景技术

通信卫星收发天线与地球同步通信卫星进行通信时，为了实现安装在运动载体上的天线实时精确跟踪同步通信卫星，通信卫星收发天线需要配置一种高效的天馈系统，担负起实时寻星收发传送电磁微波信号的重任，其中的运动载体可以为汽车、轮船、飞机等。实现地空、海空、地海之间较大空域内的无线通信，结成多方向立体通信网。

现有技术中所采用的天馈系统中，作为初级馈源的波纹喇叭所引起的初级遮挡大于副反射面成的次级遮挡，导致波纹喇叭输出的波束被副反射面反射后，反射波束被波纹喇叭遮挡造成信号损失，而且副反射面反射的波束可能再次进入波纹喇叭，产生驻波。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是现有技术中电磁微波传导效率低下，相邻卫星间突显的抗干扰及天馈系统的工作品质问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种动中通天线的天馈系统，包括同轴设置的环焦天线面、副反装置和馈源系统；其中：

所述环焦天线面的母线为抛物线；

所述副反装置包括副反射面，所述副反射面通过撑杆固定于环焦天线面的上方，所述副反射面的母线为椭圆曲线；

所述馈源系统包括馈源喇叭，所述馈源喇叭通过波导组件固定于环焦天线面的中心；

所述焦环的直径与所述副反射面的直径相同，所述馈源喇叭的口径小于所述副反射面的直径。

优选地，上述动中通天线的天馈系统中，在所述环焦天线面中，抛物线的焦距与环焦天线面的有效工作口径满足如下关系：焦距/口径小于或等于0.3。

优选地，上述动中通天线的天馈系统中，在所述环焦天线面中，在所述副反装置中，所述副反射面的母线的焦轴与所述环焦天线面的中心轴线之间的夹角在25°和30°之间。

优选地，上述动中通天线的天馈系统中，在所述环焦天线面中，所述环焦天线面为碳纤维材质的天线面，并且所述环焦天线面的背面沿径向均匀分布若干条加强筋。

优选地，上述动中通天线的天馈系统中，在所述环焦天线面中，在所述环焦天线面表面还设置有导电膜层，在所述导电膜层表面设置保护涂层。

优选地，上述动中通天线的天馈系统中，在所述环焦天线面中，在所述馈源喇叭内表面成型有若干径向槽。

本实用新型提供的上述技术方案与现有技术相比至少具有以下有益效果：

(1)本实用新型提供的动中通天线的天馈系统，副反射面的母线为椭圆形且馈源喇叭的最大直径小于副反射面的直径，从馈源喇叭射出的波束经副反射面反射后，会直接射到环焦天线面的抛物面区域上，且不再投射回副反射面，从而根除了作为初级馈源的波纹喇叭所引起的遮挡大于副反射面造成的次级遮挡的结构缺陷，并大大改善了馈源的输入电压驻波比特征。另外，抛物面的焦距与环焦天线面的口径之间满足如下关系：F/D≤0.3，目的是能够取短焦距轴，减小天馈系统的纵向体积，而且考虑有利于近旁瓣和高、低频点的口面相差，取副反射面直径Ds与环焦天线面口径D之比趋于0.1，取副反射面焦轴与环焦天线面中心轴夹角θ_m在25°至30°之间。

(2)本实用新型提供的动中通天线的天馈系统，环焦天线面选用碳纤维材质作为它的轻质制造材料，具有质量轻巧、性能稳定、抗腐蚀性强的性能，又在其背面沿径向均布若干条加强筋，可以有效加强天线面刚性，避免天线面在外力作用下变形或损坏。

(3)本实用新型提供的动中通天线的天馈系统，在环焦天线面表面设置有导电膜层，在导电膜层表面设置保护涂层，避免导电膜层被腐蚀或者被损坏影响电磁微波的传导效果。

(4)本实用新型提供的动中通天线的天馈系统，在所述馈源喇叭内表面采用径向开槽的设计，赋予其良好的综合性能。以此，呈现极佳的低旁瓣特性和旋转轴对称的主极化方向图包络，可有效解决星际间的抗干扰问题，大大改善了馈源输入电压驻波比，从而提高了天馈系统的工作品质，极低的交叉极化峰值电平满足于频谱复用技术。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：

图1a是本实用新型一个实施例所述的动中通天线的天馈系统的结构示意图；

图1b为图1中I部分的放大图；

图1c为图1中II部分的放大图；

图2是本实用新型一个实施例所述环焦天线面结构示意图；

图3为本实用新型一个实施例所述用于固定副反射面的固定部件间的连接关系示意图；

图4为本实用新型一个实施例所述馈源喇叭与波导部件间的连接关系示意图；

图5为本实用新型实施例所述天馈系统的关联图及电磁微波传输关系简化示意图。

图中的附图标记依次为：

1-环焦天线面，2-副反装置，3-馈源系统，4-极化传动链，5-横滚框架，6-螺钉一，7-螺钉二，8-螺钉三，9-螺钉四，10-螺母一，11-定心座圈，12-螺套，13-加强筋，21-铰链座，22-销轴，23-螺母二，24-撑杆，25-紧顶螺钉，26-副反铰架，27-副反射面，31-根波导杆，32-续波导杆，33-馈源喇叭，34-护盖，35-透波膜，36-螺钉五。

具体实施方式

本实施例提供一种动中通天线的天馈系统，该动中通天馈系统应用于运动载体上，运动载体可以为汽车、轮船、飞机等。需要说明的是，在本实施例中提及的“部件一”“部件二”等描述中，一和二只是为了使描述更清楚所附加的，不能作为部件的限定，其中部件一和部件二可以选择为具有相同结构的部件也可以选择具有不同结构的部件，例如螺钉一和螺钉二可以选择结构完全相同的螺钉也可以选择结构不同的螺钉。

如图1a所示，本实施例中的天馈系统包括同轴设置的环焦天线面1、副反装置2和馈源系统3；如图2所示，环焦天线面1中，焦环内为平面状，环焦天线面的有效口径如图2和图5中所示的D，抛物面的焦距如图5中的O'B。此处，之所以采用有效口径的描述方式，是因为环焦天线面1的边缘处都会形成翻边，而翻边部分不记在有效口径内。本实施例中，环焦天线面的抛物面焦距与口径之比为小于或等于0.3。其中，所述副反装置2包括副反射面27，副反射面27通过撑杆24固定于环焦天线面1的上方，所述副反射面27的母线为椭圆形，且椭圆的焦轴OO'与所述环焦天线面1的中心轴线之间的夹角在25°和30°之间。如图5所示，焦轴是指椭圆的两个焦点O和O'之间的连线OO'，环焦天线面的中心轴线为A-A轴线，其中椭圆的两个焦点，一个焦点O'重合于环焦天线面抛物线的焦点，另一个焦点O交于环焦天线面的中心轴线。可以理解的是，此处所说的副反射面27的母线为椭圆形，是指副反射面27的母线为椭圆的一部分，并不是完整的一个椭圆。所述馈源系统3包括馈源喇叭33，所述馈源喇叭33通过波导组件固定于环焦天线面1的中心，所述焦环的直径与所述副反射面27的直径相同，都采用Ds表示。所述副反射面27及所述馈源喇叭33的中心轴线与所述环焦天线面1的中心轴线重合；所述馈源喇叭33的最大直径小于所述副反射面27的直径。

如图1a所示，天馈系统中包括的其他辅件主要有极化传动链4、横滚框架5；连接件主要有螺钉一6、螺钉二7、螺钉三8、螺钉四9、螺母一10。其中环焦天线面1通过螺钉三8与横滚框架5连接；副反装置2位于环焦天线面1的内部呈锥状举撑，通过螺钉四9、螺母一10与环焦天线面1连接，其中螺钉四9、螺母一10与环焦天线面1连接如图1b所示；馈源系统3位于环焦天线面1中央的法向、对接于环焦天线面1内嵌的定心座圈11的孔内，并通过螺钉二7固定，用于固定馈源系统3的波导组件与极化传动链4的对接支持面通过螺钉一6连接，如图1c所示。这里需要强调的是环焦天线面1、副反装置2、馈源系统3经固定连接后的三者的轴线必须是同心的。

如图2所示，环焦天线面1中央内嵌定心座圈11和八个螺套12，环焦天线面1的形状设计为设定焦距下的环焦抛物面实体，在焦环内呈平面状态；在环焦天线面的背面设计了连接基准面C，八个螺套12垂直于连接基准面C以设定直径的圆周均布内嵌，作为天馈系统对外连接的根基，即可以通过八个螺套12将天馈系统固定于其他部件上。为加强环焦天线面1的刚性，均布了八条加强筋13向外延伸，与环焦天线面1的外周缘翻边汇交，此处加强筋13的数量可以根据环焦天线面1的表面面积以及实际需求进行适当的选择，并非限定于八条。定心座圈11的中心轴线也是垂直于连接基准面C并内嵌于环焦天线面1内部，作为设计定心基准、工艺制造基准、也是馈源系统3的安装基面。

环焦天线面1选用碳纤维材质作为它的轻质制造材料，以模压热定型方式成型；成型后的环焦天线面外表层面光洁度极高，并涂覆有导电膜层，用于传导电磁微波，在导电膜层的表面还设置有保护涂层，避免导电膜层受到腐蚀或损坏，然后加工四组均布光孔，用于连接铰链座21。

如图3所示，用于固定副反射面27的固定件主要包括铰链座21、销轴22、螺母二23、撑杆24、紧顶螺钉25、副反铰架26。其连接关系为：副反铰架26的轴头及螺纹端位于副反射面27的定心螺孔内，借助二者自身的螺纹连接在一起、并有轴向伸缩调节作用，当副反射面27通过调节获得理想焦距位置时借助紧顶螺钉25固定；在该固定组件中共有十二个销轴22，其中四个用于横穿连接副反铰架26和四个撑杆24的单孔端，再用螺母二23拧在销轴端头的螺纹上预紧，另外八个销轴22用于横穿连接四个铰链座21和四个撑杆24的双孔端，用螺母二23拧在销轴端头的螺纹上预紧。也就是说铰链座21以特定角度的位置连接撑杆24，呈现锥状举撑副返铰架26和副反射面27的态势，而铰链座21基准底面位于环焦天线面1弧面内设定的均布光孔的位置，如图1b所示，通过螺钉四9、螺母一10连接。当副反射面27的轴线调至与环焦天线面1的轴线同心时，将所有销轴22螺纹端预紧螺母二23转为紧固状态。

如图4所示，用于固定馈源喇叭33的固定组件包括：根波导杆31、续波导杆32、护盖34、透波膜35、螺钉五36，其连接关系为：馈源喇叭33的大端面贴透波膜35并戴护盖34以螺纹旋压的方式封口压紧，其小端面与续波导杆32的一端通过螺钉五36连接；续波导杆32的另一端位与根波导杆31的小端面通过螺钉五36连接；根波导杆31的大端面用于对接环焦天线面1和极化传动链4。

图5给出了天馈系统电磁微波射线路径示意图，用于说明环焦天线面1，副反射面27及馈源喇叭33三者简化的结构位置逻辑关系和几何光学射线路径特征。如图所示：以B点为原点建立坐标系即可得到环焦天线面1的抛物线曲线方程，绕A-A轴线环焦，环焦天线面1的轨迹即成；同理；副反射面27的母线为椭圆形，椭圆的两个焦点O和O'连接后得到焦轴，在OO'的中点建立坐标系得副反射面27的椭圆曲线方程，环绕A-A轴线一周，副反射面27的椭球轨迹即成；馈源喇叭33内采用径向开槽的设计，径向开槽赋予馈源喇叭良好的综合性能。以此，呈现极佳的低旁瓣特性和旋转轴对称的主极化方向图包络，可有效解决星际间的抗干扰问题，大大改善了馈源输入电压驻波比，从而提高了天馈系统的工作品质，极低的交叉极化峰值电平满足于频谱复用技术。即在图5中，BP弧线为环焦天线面1的母线，TM弧线为副反射面2的母线，A-A为环焦天线面1的中心轴线，显然也是副反射面27及馈源喇叭33的中心轴线，OO'为TM弧线所在椭圆的焦轴，O'B为BP弧线的焦距，Ds为焦环的直径，同时也是副反射面27的直径，D为环焦天线面1的有效工作口径。

在本实施例中，为了使产品的体积尽量小，可以取焦距F＝O'B与环焦天线面口径D之比小于或等于0.3，本实施例中选择该比值为0.2，经过试验验证0.25、0.3均可。考虑有利于近旁瓣，取副反射面的直径Ds与环焦天线面口径D之比趋于0.1，本实施例中选择该比值为0.1。综合考虑高、低频点的口面相差，取副反射面焦轴OO'与环焦天线面的中心轴A-A的夹角θ_m在25°和30°之间，本实施例中选择为28.6°，经过实验验证25°、29°、30°都可以。上述几何参数确定后，其余参数也全部可以确定，在此不再赘述其余参数的推导过程。

由馈源喇叭33辐射的电波，其波束的两个边界分别入射在副反射面27的顶点T和副反射面2的边缘点M。其中入射至顶点T的电磁微波经反射后过O'点射向P点，入射至边缘点M的电磁微波经反射后过O'点射向B点，而P点和B点为环焦天线面1抛物面的两个端点。显然，由上述电磁微波入射和反射路径的特征可以得出，馈源喇叭33的口径Dh小于副反射面27的直径Ds时，馈源喇叭33的初级遮挡永远小于副反射面27的次级遮挡。而且通过本实施例中的上述几何关系设置，馈源喇叭33与副反射面27之间距离很近，得到的结构较为紧凑，整个系统具有较小的纵向尺寸。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (6)

1.一种动中通天线的天馈系统，其特征在于：包括同轴设置的环焦天线面(1)、副反装置(2)和馈源系统(3)；其中：

所述环焦天线面(1)的母线为抛物线；

所述副反装置(2)包括副反射面(27)，所述副反射面(27)通过撑杆(24)固定于环焦天线面(1)的上方，所述副反射面(2)的母线为椭圆曲线；

所述馈源系统(3)包括馈源喇叭(33)，所述馈源喇叭(33)通过波导组件固定于环焦天线面(1)的中心；

所述焦环的直径与所述副反射面(27)的直径相同，所述馈源喇叭(33)的口径小于所述副反射面(27)的直径。

2.根据权利要求1所述的动中通天线的天馈系统，其特征在于：

在所述环焦天线面(1)中，抛物线的焦距与环焦天线面(1)的有效工作口径满足如下关系：焦距/口径小于或等于0.3。

3.根据权利要求2所述的动中通天线的天馈系统，其特征在于：

在所述副反装置(2)中，所述副反射面(27)的母线的焦轴与所述环焦天线面(1)的中心轴线之间的夹角在25°和30°之间。

4.根据权利要求1-3任一项所述的动中通天线的天馈系统，其特征在于：

所述环焦天线面(1)为碳纤维材质的天线面，并且所述环焦天线面(1)的背面沿径向均匀分布若干条加强筋(13)。

5.根据权利要求4所述的动中通天线的天馈系统，其特征在于：

在所述环焦天线面(1)表面还设置有导电膜层，在所述导电膜层表面设置保护涂层。

6.根据权利要求5所述的动中通天线的天馈系统，其特征在于：

在所述馈源喇叭(33)内表面成型有若干径向槽。