一種四頻多極化共口徑饋源的製作方法
2023-07-18 04:07:31 1
專利名稱：一種四頻多極化共口徑饋源的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種四頻多極化共口徑饋源，特別涉及四種狀態工作，分別為Ka頻段兩種工作狀態和Ku頻段兩種工作狀態，屬於移動衛星通信系統技術領域。
背景技術：
作為饋源的天線對方向圖有一定要求，多頻段天線需要採用特殊結構來實現不同頻段方向圖的相同方向圖錐削；多頻段天線的實現一般都採用單天線寬頻帶設計或者是多天線複合設計；相位中心一致並且有一定穩定度要求的天線不僅在結構上需要具有對稱性，而且在表面電流的分配上也能夠均勻，並應具有相應的調協結構調整不同頻段的相位中心位置；結構緊湊需要天線採用小型化設計或有較好的複合設計的方法，並且要求不同頻段間要有一定的隔離度。
現階段螺旋天線、波紋喇叭天線等都可以實現較寬頻帶，但是要實現單天線覆蓋跨度較大的多頻段，且在工作頻帶內實現較為一致的方向圖則比較困難；天線複合設計能夠實現跨度較大四個工作頻帶的較為一致方向圖，但一般情況下天線體積較大，並且實現不同頻段的天線相位中心保持一致則難度較大。為了避免饋源對電磁波的遮擋，作為饋源的天線需要自身具有很高的緊湊性，體積縮小多頻段隔離度就會變差，這就需要天線自身具有提高頻段間隔離度的結構設計。發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的上述不足，提供一種四頻多極化共口徑饋源， 極大提高了天線的緊湊性，保證四個工作頻帶內的方向圖一致性和相位中心的一致性，提高天線不同頻段間的隔離度。
本發明的上述目的主要是通過如下技術方案予以實現的
一種四頻多極化共口徑饋源，包括圓錐喇叭、Ku圓波導、四個調諧螺釘、Ku法蘭、 水平極化功分器、第一法蘭、垂直極化功分器、介質杆、四個截止螺釘、過渡段和雙圓極化天線，其中雙圓極化天線由金屬階梯圓極化器、圓波導、第二法蘭、右旋圓極化波導口、右旋阻抗變換、左旋阻抗變換和左旋圓極化波導口組成，水平極化功分器和垂直極化功分器固定在Ku圓波導上，圓錐喇叭則通過Ku法蘭固定在第一法蘭上，水平極化功分器和垂直極化功分器均覆蓋了 Ku頻段的兩個工作頻帶帶寬，兩個調諧螺釘分別安裝在水平極化功分器兩個波導的寬邊上，兩個截止螺釘分別安裝在水平極化功分器兩個波導的窄邊上，另外兩個調諧螺釘分別安裝在垂直極化功分器兩個波導的寬邊上，另外兩個截止螺釘分別安裝在垂直極化功分器兩個波導的窄邊上；介質杆壓接安裝在圓波導和過渡段之間，使Ka頻段電磁場束縛在介質杆中，過渡段對Ka頻段電磁場起到阻抗變換的作用，金屬階梯圓極化器通過第二法蘭固定到第一法蘭上，第二法蘭上部為圓波導，金屬階梯圓極化器與左旋阻抗變換和右旋阻抗變換連接，左旋圓極化波導口和右旋圓極化波導口分別通過左旋阻抗變換和右旋阻抗變換對金屬階梯圓極化器進行饋電，形成Ka頻段圓極化電磁波。
在上述四頻多極化共口徑饋源中，Ku圓波導上開有四個圓波導饋電窗，水平極化功分器和垂直極化功分器上的四個波導插入四個圓波導饋電窗中，並通過墊塊固定連接。
在上述四頻多極化共口徑饋源中，第一法蘭上的第三法蘭與過渡段下部的第四法蘭固定連接，實現了雙圓極化天線與過渡段的連接。
在上述四頻多極化共口徑饋源中，通過調節介質杆的粗細調節高頻段圓極化方向圖的錐削，調節介質杆的長度調節高頻段圓極化方向圖的相位中心。
本發明與現有技術相比具有如下有益效果
(I)本發明饋源採用四頻共口徑設計，Ku頻段天線採用四埠對稱饋電，提高方向圖的對稱性，Ku頻段的電磁場傳輸波導作為Ka頻段電磁場的過渡段，諧振介質杆嵌入Ku 頻段波導內傳輸Ka頻段電磁波，極大提高了天線的緊湊性，縮減了天線的體積，優化了天線的結構；
(2)本發明利用介質波導和圓錐喇叭嵌套技術解決天線波束一致和共相位中心問題，保證四個工作頻帶內的方向圖一致性和相位中心的一致性；
(3)本發明通過在Ku頻段傳輸波導窄邊添加調諧螺釘的方式提高Ku頻段饋電埠對Ka頻段的電磁場地隔離度；同時利用Ka頻段的傳輸波導口作為Ku頻段電磁波的隔離窗，兩種方式很好的解決了多頻段共口徑天線的隔離度問題；
(4)本發明饋源Ka頻段的兩個工作頻帶左旋和右旋圓極化天線放置在饋源底部， Ka頻段電磁場束縛到介質杆中，調節介質杆的長短就可以調節Ka頻段兩個工作頻帶方向圖相位中心的位置，調節介質杆的粗細可以調節Ka頻段天線方向圖的錐削；通過此種方式使饋源具有四個工作頻段方向圖形狀和相位中心的可調性，實現了四頻共口徑的需求。
圖I為本發明四頻多極化共口徑饋源整體結構圖2為本發明四頻多極化共口徑饋源沿軸向的剖面圖3為本發明四頻多極化共口徑饋源中雙圓極化天線結構圖4為本發明Ku接收頻段中心頻點實測歸一化方向圖
圖5為本發明Ku發射頻段中心頻點實測歸一化方向圖
圖6為本發明Ka接收頻段中心頻點實測歸一化方向圖
圖7為本發明Ka發射頻段中心頻點實測歸一化方向圖。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細的描述
如圖I所示為本發明四頻多極化共口徑饋源整體結構圖，圖2所示為本發明四頻多極化共口徑饋源沿軸向的剖面圖，本發明四頻多極化共口徑饋源由Ku頻段的雙線極化天線和Ka頻段的雙圓極化天線複合而成。四種工作頻帶電磁場通過圓錐喇叭I輻射。本發明四頻多極化共口徑饋源包括圓錐喇叭l、Ku圓波導2、四個調諧螺釘3、Ku法蘭4、水平極化功分器5、水平極化波導口 6、墊塊7、第一法蘭8、垂直極化功分器9、垂直極化波導口 10、介質杆11、圓波導饋電窗12、四個截止螺釘13、過渡段14和雙圓極化天線20。
如圖3所示為本發明四頻多極化共口徑饋源中雙圓極化天線結構圖，雙圓極化天線20由金屬階梯圓極化器15、圓波導16、第二法蘭17、右旋圓極化波導口 18、右旋阻抗變換19、左旋阻抗變換21和左旋圓極化波導口 22組成。
如圖1、2所示，水平極化功分器5和垂直極化功分器9固定在Ku圓波導2上，圓錐喇叭I則通過Ku法蘭4固定在第一法蘭8上，水平極化功分器5和垂直極化功分器9均覆蓋了 Ku頻段的兩個工作頻帶帶寬。如圖2，Ku圓波導2上開有四個圓波導饋電窗12，水平極化功分器5和垂直極化功分器9上的四個波導插入四個圓波導饋電窗12中，並通過墊塊7固定連接，滿足緊湊型饋源設計的需要。系統分別對水平極化功分器5上的水平極化波導口 6和垂直極化功分器9上的垂直極化波導口 10饋電，功率分配後通過Ku圓波導2 上的圓波導饋電窗12進行四埠對稱饋電。
兩個調諧螺釘3分別安裝在水平極化功分器5兩個波導的寬邊上，兩個截止螺釘 13分別安裝在水平極化功分器5兩個波導的窄邊上，另外兩個調諧螺釘3分別安裝在垂直極化功分器9兩個波導的寬邊上，另外兩個截止螺釘13分別安裝在垂直極化功分器9兩個波導的窄邊上。寬邊調諧螺釘3用來調節Ku頻段天線的駐波比，而截至螺釘13則提高了圓波導饋電窗12對Ka頻段電磁場的隔離度。
為了調節Ka圓極化方向圖的錐削和相位中心，將介質杆11壓接安裝在圓波導16 和過渡段14之間，使Ka頻段電磁場束縛在介質杆11中，過渡段14對Ka頻段電磁場起到阻抗變換的作用，圓波導16和過渡段14對Ku頻段電磁波形成隔離窗，提高圓極化器15對 Ku頻段電磁波的隔離。第一法蘭8上的第三法蘭23與過渡段14下部的第四法蘭24固定連接，實現了雙圓極化天線20與過渡段14的連接。金屬階梯圓極化器15通過第二法蘭17 固定到第一法蘭8上，第二法蘭17上部為圓波導16，金屬階梯圓極化器15與左旋阻抗變換21和右旋阻抗變換19連接，左旋圓極化波導口 22和右旋圓極化波導口 18分別通過左旋阻抗變換21和右旋阻抗變換19對金屬階梯圓極化器15進行饋電，形成Ka頻段圓極化電磁波。
調節介質杆11的粗細可調節高頻段圓極化方向圖的錐削，而介質杆11的長短則主要影響方向圖的相位中心。
本發明Ka頻段天線安裝於饋源底部的設計方式，大大提高了天線的緊湊型，並利用Ka頻段的傳輸波導作為Ku頻段的隔離窗。Ku頻段天線利用四埠方波導對稱饋電提高天線方向圖的對稱性，並通過方波導窄邊添加調節螺釘的方式提高饋電埠對Ka頻段天線的隔離度。
本發明四頻多極化共口徑饋源採用共口徑天線設計，極大的提高了天線的緊湊性；利用介質波導和圓錐喇叭嵌套技術解決天線波束一致和共相位中心問題，饋源Ka頻段的兩個工作頻帶左旋和右旋圓極化天線放置在饋源底部，Ka頻段電磁場束縛到介質杆中， 調節介質杆的長短就可以調節Ka頻段兩個工作頻帶方向圖相位中心的位置，介質杆的粗細則主要影響Ka頻段天線方向圖的錐削；Ku頻段天線通過四根矩形波導覆蓋兩個工作頻帶，四根波導對天線進行對稱饋電，利用矩形饋電波導窄邊調諧螺釘來增加對Ka頻段的電磁波隔離度，寬邊調節螺釘調節Ku頻段埠駐波比；四個頻段的電磁波通過頂端的圓錐喇叭輻射，圓錐喇叭主要用來調節Ku頻段方向圖的相位中心位置與方向圖錐削，結合介質杆調諧Ka頻段電磁場使饋源四個頻段方向圖和相位中心保持一致。
實施例I
本發明四頻多極化共口徑饋源組成的環焦拋物面天線性能表現良好，實現了多頻高效率低旁瓣。作為天饋分系統很好的配合系統完成語音、數據通信。表I和表2為天線在NSI球面近場測試系統中的實測數據。
表IKu頻段天線方向圖測試結果
權利要求
1.一種四頻多極化共口徑饋源，其特徵在於包括圓錐喇叭(I)、Ku圓波導(2)、四個調諧螺釘(3)、Ku法蘭(4)、水平極化功分器(5)、第一法蘭(8)、垂直極化功分器(9)、介質杆(11)、四個截止螺釘(13)、過渡段(14)和雙圓極化天線(20)，其中雙圓極化天線(20)由金屬階梯圓極化器(15)、圓波導(16)、第二法蘭(17)、右旋圓極化波導口(18)、右旋阻抗變換(19)、左旋阻抗變換(21)和左旋圓極化波導口(22)組成，水平極化功分器(5)和垂直極化功分器(9)固定在Ku圓波導(2)上，圓錐喇叭(I)則通過Ku法蘭(4)固定在第一法蘭(8)上，水平極化功分器(5)和垂直極化功分器(9)均覆蓋了Ku頻段的兩個工作頻帶帶寬，兩個調諧螺釘(3)分別安裝在水平極化功分器(5)兩個波導的寬邊上，兩個截止螺釘(13)分別安裝在水平極化功分器(5)兩個波導的窄邊上，另外兩個調諧螺釘(3)分別安裝在垂直極化功分器(9)兩個波導的寬邊上，另外兩個截止螺釘(13)分別安裝在垂直極化功分器(9)兩個波導的窄邊上；介質杆(11)壓接安裝在圓波導(16)和過渡段(14)之間，使Ka頻段電磁場束縛在介質杆(11)中，過渡段(14)對Ka頻段電磁場起到阻抗變換的作用，金屬階梯圓極化器(15)通過第二法蘭(17)固定到第一法蘭(8)上，第二法蘭(17)上部為圓波導(16)，金屬階梯圓極化器(15)與左旋阻抗變換(21)和右旋阻抗變換(19)連接，左旋圓極化波導口(22)和右旋圓極化波導口(18)分別通過左旋阻抗變換(21)和右旋阻抗變換(19)對金屬階梯圓極化器(15)進行饋電，形成Ka頻段圓極化電磁波。
2.根據權利要求I所述的一種四頻多極化共口徑饋源，其特徵在於所述Ku圓波導(2)上開有四個圓波導饋電窗(12)，水平極化功分器(5)和垂直極化功分器(9)上的四個波導插入四個圓波導饋電窗(12)中，並通過墊塊(7)固定連接。
3.根據權利要求I所述的一種四頻多極化共口徑饋源，其特徵在於所述第一法蘭(8)上的第三法蘭(23)與過渡段(14)下部的第四法蘭(24)固定連接，實現了雙圓極化天線(20)與過渡段(14)的連接。
4.根據權利要求I所述的一種四頻多極化共口徑饋源，其特徵在於所述通過調節介質杆(11)的粗細調節高頻段圓極化方向圖的錐削，調節介質杆(11)的長度調節高頻段圓極化方向圖的相位中心。
全文摘要
本發明涉及一種四頻多極化共口徑饋源，由Ku頻段的雙線極化天線和Ka頻段的雙圓極化天線複合而成，包括圓錐喇叭、Ku圓波導、調諧螺釘、Ku法蘭、水平極化功分器、第一法蘭、垂直極化功分器、介質杆、圓波導饋電窗、截止螺釘、過渡段和雙圓極化天線，Ku頻段天線採用四埠對稱饋電，提高方向圖的對稱性，Ku頻段的電磁場傳輸波導作為Ka頻段電磁場的過渡段，諧振介質杆嵌入Ku頻段波導內傳輸Ka頻段電磁波，極大提高了天線的緊湊性；利用介質波導和圓錐喇叭嵌套技術解決天線波束一致和共相位中心問題，保證四個工作頻帶內的方向圖一致性和相位中心的一致性，增加了各個頻段之間的隔離，提高了天線的緊湊性。
文檔編號H01Q1/36GK102938497SQ20121047242
公開日2013年2月20日 申請日期2012年11月20日 優先權日2012年11月20日
發明者李連輝, 王奇偉, 劉玉傑, 葉超 申請人:北京遙測技術研究所, 航天長徵火箭技術有限公司