CN215955487U - 高增益宽波束的抛物面天线 - Google Patents

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CN215955487U CN202122741030.6U CN202122741030U CN215955487U CN 215955487 U CN215955487 U CN 215955487U CN 202122741030 U CN202122741030 U CN 202122741030U CN 215955487 U CN215955487 U CN 215955487U
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成新田
谷瑞军
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本实用新型提供了一种高增益宽波束的抛物面天线，包括抛物面罩及安装在抛物面罩焦点上的馈源，所述抛物面罩包括主抛物面及从主抛物面边缘向外延伸的副曲面，所述副曲面上任意一点的法向量与主抛物面上任意一点法向量的夹角大于90度。在本实用新型抛物面天线的结构中，主抛物面对馈源照射的入射波产生反射波，且主抛物面可以根据光学汇聚效应使天线波束汇聚成相位基本一致的平行波束即锐波束；同时，副曲面对于馈源照射的入射波反射出在抛物面轴线方向上的电磁波，其相位与主抛物面形成的电磁波相位近似反相，相位相差180度左右，两者叠加，使锐波束的顶端得到削弱，从而展宽了天线的波束宽度，特别是增加了俯仰面(经线面)的波束宽度。

Description

高增益宽波束的抛物面天线
技术领域
本实用新型涉及天线技术领域，具体涉及一种高增益抛物面天线。
背景技术
抛物面天线是指由抛物面反射器和位于其焦点上的照射器(即馈源)组成的面天线。反射器通常使用导电性能良好的金属旋转抛物面、切制旋转抛物面或柱形抛物面结构，或者其它材料上辅以金属涂层制成抛物面，利用轴对称的抛物面作为主反射面，将馈源置于抛物面的焦点上。在发射时信号从馈源向抛物面辐射，从焦点发出的电磁波照射在抛物面上，经抛物面反射后向空中辐射。由于馈源位于抛物面的焦点上，电磁波经抛物面反射后，沿抛物面法向平行辐射。在接收信号时，经反射面反射后，电磁波汇聚到馈源，由于各条电磁波路径等光程，因此辐射出来的电场同相叠加，天线可以实现高增益辐射，从而可获得高增益的辐射方向图。
在通信、雷达和射电天文领域，通常使用旋转抛物面天线作为高增益天线的实现形式，相较于相控阵系统来说，具有成本低、增益高、方向性强的优点。但是抛物面天线在提供高增益的同时，其主波束的波束宽度窄，覆盖区域过小，在远离波束中心点的时候，增益下降过快。而在使用过程中，往往希望在获得高增益的同时实现宽波束覆盖，这在传统的抛物面天线中是无法实现的。
实用新型内容
实用新型目的：本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种既有高增益又可以实现宽波束的抛物面天线。
技术方案：本实用新型提供了一种高增益宽波束的抛物面天线，包括抛物面罩及安装在抛物面罩焦点上的馈源，所述抛物面罩包括主抛物面及从主抛物面边缘向外延伸的副曲面，所述副曲面上任意一点的法向量与主抛物面上任意一点法向量的夹角大于90度。
优选的，所述副曲面上任意一点的法向量和主抛物面上任意一点的法向量夹角为120°～150°。
进一步，所述馈源安装在馈源安装板上，所述馈源安装板通过其周边均匀分布的支撑杆固定在主抛物面上。
进一步，所述主抛物面和副曲面通过铝结构或碳纤维结构平滑过渡。
进一步，所述主抛物面为旋转抛物面或柱形抛物面。
进一步，所述主抛物面的曲率变化范围为
Figure BDA0003346998120000021
副曲面的曲率变化范围为
Figure BDA0003346998120000022
Figure BDA0003346998120000023
其中，
Figure BDA0003346998120000024
为主抛物面焦距，rmax为主抛物面的最大半径。
进一步，所述副曲面的宽度范围为
Figure BDA0003346998120000025
其中，λ为电磁波波长。
有益效果：在本实用新型抛物面天线的结构中，主抛物面对馈源照射的入射波产生反射波，且主抛物面可以根据光学汇聚效应使天线波束汇聚成相位基本一致的平行波束即锐波束；同时，副曲面对于馈源照射的入射波反射出在抛物面轴线方向上的电磁波，其相位与主抛物面形成的电磁波相位近似反相，相位相差180度左右，两者叠加，使锐波束的顶端得到削弱，从而展宽了天线的波束宽度，特别是增加了俯仰面(经线面)的波束宽度。因此本实用新型在保留抛物面天线高增益辐射特性的同时，拓宽了传统抛物面天线主波束的覆盖问题，具有极大实用价值。
附图说明
图1为本实用新型的高增益宽波束抛物面天线的径向切面图；
图2为抛物面罩的径向切面图；
图3为本实用新型抛物面天线的俯视图。
具体实施方式
以下将对本实用新型的实施例给出详细的参考。尽管本实用新型通过这些实施方式进行阐述和说明，但需要注意的是本实用新型并不仅仅只局限于这些实施方式。相反，本实用新型涵盖所附权利要求所定义的实用新型精神和实用新型范围内的所有替代物、变体和等同物。
如图1所示示例性实施例的抛物面天线，包括抛物面罩1、馈源2、馈源安装板3和支撑杆4。
其中，抛物面罩1包括主抛物面11和副曲面12。如图2所示，主抛物面11为凹面的旋转抛物面，主抛物面11的边缘向外延伸与副曲面12之间平滑连接。
其中，副曲面12的曲率是变化的，与主抛物面11的曲率不同。具体的，主抛物面的曲率变化范围为
Figure BDA0003346998120000026
副曲面的曲率变化范围为
Figure BDA0003346998120000027
其中，
Figure BDA0003346998120000028
为主抛物面焦距，rmax为主抛物面的最大半径。
其中，副曲面12的弯曲方向与主抛物面11相反，且副曲面12上任意一点的法线方向与主抛物面11上任意一点法线方向的夹角范围为120°～150°，该角度除了可以满足电性能的要求外，还可以保证副曲面12与主抛物面11连接的机械强度。主抛物面11与副曲面12之间采用铝结构整体成型，连接通过化学键合力实现。
可选的实施例中，副曲面的宽度范围为
Figure BDA0003346998120000031
其中，λ为电磁波波长。在本示例中，副曲面的宽度取值为λ。
结合图示，馈源2设置在抛物面罩1的焦点上，用以提供电磁信号照射，馈源2辐射的电磁信号照射在抛物面罩1上，即可产生宽波束高增益的辐射方向图。
馈源2固定在馈源安装板3的底面，如图3所示，馈源安装板3四周每隔90°设有一个支撑杆4，支撑杆4共计四个，支撑杆4的底部固定在主抛物面11边缘上。馈源安装板3及馈源2通过支撑杆4与抛物面罩1连接成一个整体，馈源2正对主抛物面11的中心。
本实用新型的实施例通过合理调整主抛物面11和副曲面12的法线角度、曲面曲率和宽度，使副曲面12在主抛物面11的轴向方向的电场相位与其内部电场相位反向，展宽了天线波束宽度。
如上，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本实用新型，但其不得解释为对本实用新型自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本实用新型的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (7)

1.一种高增益宽波束的抛物面天线，其特征在于：包括抛物面罩及安装在抛物面罩焦点上的馈源，所述抛物面罩包括主抛物面及从主抛物面边缘向外延伸的副曲面，所述副曲面上任意一点的法向量与主抛物面上任意一点法向量的夹角大于90度。
2.根据权利要求1所述的高增益宽波束的抛物面天线，其特征在于：所述副曲面上任意一点的法向量和主抛物面上任意一点的法向量夹角为120°～150°。
3.根据权利要求1所述的高增益宽波束的抛物面天线，其特征在于：所述馈源安装在馈源安装板上，所述馈源安装板通过其周边均匀分布的支撑杆固定在主抛物面上。
4.根据权利要求1所述的高增益宽波束的抛物面天线，其特征在于：所述主抛物面和副曲面通过铝结构或碳纤维结构平滑过渡连接。
5.根据权利要求1所述的高增益宽波束的抛物面天线，其特征在于：所述主抛物面为旋转抛物面或柱形抛物面。
6.根据权利要求1所述的高增益宽波束的抛物面天线，其特征在于：所述主抛物面的曲率变化范围为
Figure FDA0003346998110000011
副曲面的曲率变化范围为
Figure FDA0003346998110000012
其中，
Figure FDA0003346998110000013
为主抛物面焦距，rmax为主抛物面的最大半径。
7.根据权利要求1所述的高增益宽波束的抛物面天线，其特征在于：所述副曲面的宽度范围为
Figure FDA0003346998110000014
其中，λ为电磁波波长。
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