專利名稱：雙槽結構波紋喇叭饋源裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及衛(wèi)星通信天線、測控天線領域中一種雙槽結構波紋喇叭饋源裝置，特別適合用作L/C、S/C、S/X和C/Ku等雙頻段共用衛(wèi)星通信和測控天線中低交叉極化、低反射損耗和方向圖軸對稱的饋源裝置。
背景技術：
隨著衛(wèi)星通信與測控技術的的飛速發(fā)展，通信業(yè)務量與日俱增，一些衛(wèi)星轉發(fā)器的工作頻段已從原來的單頻段增加到雙頻段，如C/Ku、L/C、S/C和S/X等雙頻段，不遠的將來還將向多頻段發(fā)展。為了增大通信容量，降低衛(wèi)星通信地球站的建站成本，衛(wèi)星通信地球站天線就被要求能同時在兩個頻段上通信。因此，饋源系統(tǒng)也必須能同時在兩個頻段上良好地工作?？梢灶A見，在不久的將來，新建的大量大中口徑衛(wèi)星通信天線必須具備雙頻段工作能力，而目前普遍使用的C、Ku、S等單頻段天線饋源系統(tǒng)也必須更換成具有雙頻段功能的饋源系統(tǒng)。因此，雙頻段共用饋源技術就成為雙頻共用衛(wèi)星通信地球站天線的關鍵技術之一。
眾所周知，由于波紋喇叭饋源能在接近2∶1的寬頻帶內實現(xiàn)優(yōu)良的電氣性能指標，所以它在衛(wèi)星通信天線領域中占有非常重要的地位，幾乎所有高性能的衛(wèi)星通信天線都使用波紋喇叭作饋源。波紋喇叭通常由光壁漸變段、模變換器、波紋過渡段和輻射段四段組成，其中模變換器是喇叭中最關鍵的一段，它擔負著從光壁波導中的主模TE11向波紋波導中的主模HE11轉換的任務，同時抑制高次模的激勵和減少反射損耗，從而保證波紋喇叭具有優(yōu)良的電氣性能。目前天線中現(xiàn)有的C/Ku共用雙頻段波紋喇叭饋源通常采用單環(huán)加載槽或雙直槽結構(雙槽深)模變換器，這僅可以用在雙頻段中的高頻段內的帶寬較窄的情況，如C/Ku雙頻段中的Ku頻段的帶寬比僅為1.32∶1(10.95～14.5GHz)，頻帶較窄。而在L/C、S/C雙頻段的工作情況下，高頻段(C頻段)內的帶寬很寬，帶寬比為1.74∶1(3.7～6.425GHz)。由于帶寬的增大，常規(guī)的槽結構型式單直槽、雙直槽、單環(huán)加載槽等就都不能用在L/C、S/C雙頻段共用波紋喇叭的模變換器中。
有害高次模的抑制也是雙頻共用饋源設計制造中的關鍵技術之一。對于雙頻段工作中的高頻段，由于與波紋喇叭喉部相連的輸入光壁圓波導是過模波導，因此不但可以傳播主模TE11模，而且還可以傳播有害的高次模TM11模。在輸入光壁波導與波紋模變換器(波紋喇叭喉部)之間一旦有半徑和張角等不連續(xù)的突變，就會激勵起TM11模，于是它就可以沿著喇叭向前傳播，并且在波紋段很容易地轉換成EH12混合模。該模的產生嚴重地影響著喇叭的極化純度，引起喇叭的交叉極化電平升高。因此，一個有害高次模抑制器就必須放在輸入光壁圓波導與模變換器之間來分別抑制光壁波導中TM11模的激勵及模變換器入口處EH12模的產生。

發(fā)明內容
本實用新型的目的在于避免背景技術中的不足之處而提供一種能抑制有害高次模、雙頻段共用的雙槽結構波紋喇叭饋源裝置，且本實用新型還具有可在兩個分離的頻段內輻射方向圖旋轉對稱、交叉極化電平低、反射損耗小、增益高等特點。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的它由有害高次模抑制器1、雙槽結構波紋槽模變換器2、雙槽深波紋結構頻率變化過渡段3、雙槽深波紋結構角度變化過渡段4、雙槽深波紋結構輻射段5構成。其中有害高次模抑制器1內壁為圓弧曲線結構，圓弧曲線的起點與輸入圓波導內壁相切、終止點與雙槽結構波紋槽模變換器2內壁相切；雙槽結構波紋槽模變換器2內壁為正弦曲線結構，由環(huán)加載槽6、直槽7和波紋齒8構成雙槽結構波紋槽；雙槽深波紋結構角度變化過渡段4內壁為圓弧曲線結構，圓弧曲線的起點與雙槽深波紋結構頻率變化過渡段3內壁相切、終止點與雙槽深波紋結構輻射段5內壁相切，由深直槽9、淺直槽10、波紋齒11構成雙槽深波紋結構；有害高次模抑制器1、雙槽結構波紋槽模變換器2、雙槽深波紋結構頻率變化過渡段3、雙槽深波紋結構角度變化過渡段4、雙槽深波紋結構輻射段5用緊固件依次連接成整體波紋喇叭饋源。
本實用新型雙槽結構波紋槽模變換器2的波紋槽呈周期性結構，一個周期波紋槽結構由一個環(huán)加載槽6、一個直槽7、和兩個波紋齒8構成；周期值P1等于環(huán)加載槽6槽口寬度尺寸b1、直槽7槽寬度尺寸b2、兩個波紋齒8齒寬度尺寸t1、t2的數(shù)值之和；每個周期值P1和加載槽寬度尺寸W1可變或固定不變；每個周期波紋槽結構內環(huán)加載槽6槽口寬度尺寸b1、直槽7槽寬度尺寸b2均由小尺寸漸變過渡到大尺寸結構，兩個波紋齒8齒寬度尺寸t1、t2均由大尺寸漸變過渡到小尺寸結構。
本實用新型雙槽深波紋結構角度變化過渡段4的波紋槽呈周期性結構，一個周期波紋槽結構由一個深直槽9、一個淺直槽10、兩個波紋齒11構成，周期值P2等于深直槽9槽寬度尺寸b3、淺直槽10槽寬度尺寸b4、兩個波紋齒11齒寬度尺寸t3、t4的數(shù)值之和，每個周期值P2可變或固定不變，每個周期波紋槽結構內的槽寬度尺寸b3、b4、齒寬度尺寸t3、t4可變或固定不變。
本實用新型與背景技術相比具有如下優(yōu)點1.本實用新型采用了一種雙槽結構波紋槽模變換器2的設計技術，克服了現(xiàn)有單環(huán)加載槽和雙直槽(雙槽深)波紋喇叭無法實現(xiàn)L/C、S/C等雙頻段工作的缺陷，可在兩個分離的頻段內具有輻射方向圖旋轉對稱、交叉極化電平低、反射損耗小、增益高等優(yōu)點。
2.本實用新型采用了一種有害高次模抑制器1的設計技術，能有效抑制光壁波導中TM11模的激勵及模變換器2入口處EH12模的產生，降低了交叉極化電平和反射損耗電平。
3.本實用新型制造的雙槽結構波紋喇叭饋源適合用作L/C、S/C、S/X和C/Ku等雙頻段共用衛(wèi)星通信和測控天線的饋源裝置。


圖1是本實用新型的結構示意圖。
圖2是本實用新型有害高次模抑制器1結構示意圖。
圖3是本實用新型雙槽結構波紋槽模變換器2結構示意圖。
圖4是本實用新型雙槽深波紋結構角度變化過渡段4結構示意圖。
具體實施方式
參照圖1，本實用新型由有害高次模抑制器1、雙槽結構波紋槽模變換器2、雙槽深波紋結構頻率變化過渡段3、雙槽深波紋結構角度變化過渡段4、雙槽深波紋結構輻射段5構成，各部件用緊固件依次連接成整體波紋喇叭饋源。雙槽結構波紋槽模變換器2采用一個環(huán)加載槽和一個直槽組合成的周期結構；雙槽深波紋結構頻率變化過渡段3、雙槽深波紋結構角度變化過渡段4、雙槽深波紋結構輻射段5均采用一個深直槽和一個淺直槽組合成的周期結構。
參照圖2，本實用新型有害高次模抑制器1的內壁是一條圓弧曲線，其后接雙槽結構波紋槽模變換器2。它的作用是實現(xiàn)半徑的增大，從輸入圓波導的半徑ai增加到模變換器2入口的半徑a1，同時抑制有害高次模的激勵和降低反射損耗。通過利用模匹配和轉換技術，對于不同的內壁曲線，可計算出模變換器入口處的有害混合模EH12的大小。以EH12模的大小為目標函數(shù)，通過優(yōu)化計算，可優(yōu)選出模抑制器的最佳內壁曲線，使模變換器2入口處EH12模的激勵量最小。最后，經優(yōu)選采用一段圓弧作為模抑制器的內壁曲線可很好地完成對有害高次模的抑制作用，該圓弧在其起點與輸入圓波導的內壁相切，在其終止點與雙槽結構波紋槽模變換器2的內壁曲線相切。實施例圓弧曲線的半徑R1計算公式如下R1=L1sinθi---(1)]]>式(1)中L1是有害高次模抑制器1的長度；θi是雙槽結構波紋槽模變換器2入口處內壁曲線的切線與其軸線的夾角。實施例有害高次模抑制器1采用硬鋁材料內壁加工成圓弧曲線光壁波導部件。
參照圖3，本實用新型雙槽結構波紋槽模變換器2內壁加工成正弦曲線結構，目的是抑制有害高次模EH12的激勵。實施例正弦曲線結構半徑a(z)的計算公式為a(z)=a1+(a2-a1)sin(πz2L2)---(2)]]>式(2)中L2是雙槽結構波紋槽模變換器2的長度；a1、a2分別為入口、出口處的內壁半徑。
實施例雙槽結構波紋槽模變換器2的波紋槽呈周期性結構，一個周期結構由一個環(huán)加載槽6、一個直槽7和兩個波紋齒8組成，周期值P1等于兩個波紋齒的寬度t1和t2(t1＝t2)與環(huán)加載槽6的槽口寬度b1和直槽7的槽寬b2(b＝b1＝b2)的數(shù)值之和，每個周期值P1和加載槽寬度尺寸W1是可變或固定不變的，第一個周期結構的環(huán)加載槽和直槽的槽深尺寸h1和h2均是由組合槽的等效壁導納在兩個頻段內等于或接近無窮大決定的，其余周期的環(huán)加載槽6的槽深h1逐漸變大，直到變成雙槽深波紋結構頻率變化過渡段3的第一個周期深直槽的槽深，直槽7的槽深h2逐漸變小，直到變成雙槽深波紋結構頻率變化過渡段3的第一個周期淺直槽的槽深。
實施例雙槽結構波紋槽的環(huán)加載槽6和直槽7的槽口寬度bi均按線性增大，其計算公式如下bi=bi1=bi2=0.25+3.25N(i-1)---(3)]]>式(3)中N為雙槽結構波紋槽模變換器2的周期數(shù)；i為周期序號。采用硬鋁材料加工成正弦曲線內壁的波紋波導部件。
參照圖1，本實用新型雙槽深波紋結構頻率變化過渡段3的內壁為一圓柱結構，它的作用是完成頻率的變化，從低頻段的設計頻率fLi變到平衡混合頻率fLo，從高頻段的設計頻率fHi變到平衡混合頻率fHo。它采用深直槽、淺直槽周期性雙槽深波紋結構。實施例雙槽深波紋結構頻率變化過渡段3采用本單位研制的雙槽深波紋喇叭饋源頻率變化段部件制作。
參照圖4，本實用新型雙槽深波紋結構角度變化過渡段4選用雙槽深波紋結構，即由一個深直槽9、一個淺直槽10和兩個波紋齒11組合成一個周期的周期性波紋槽結構，每個周期的深、淺槽的槽寬均相等b3＝b4，波紋齒的寬度也一樣t3＝t4，實施中可以變化或固定不變，周期值P2＝b3+b4+t3+t4同樣也是可以變化或固定不變。
雙槽深波紋結構角度變化過渡段4的內壁為一圓弧結構，其起點與頻率變化過渡段3的內壁相切，其終止點與輻射段5的內壁曲線相切。目的是抑制有害高次模EH12的激勵，其作用是完成模變換器2與輻射段5之間所必須有的張角變化，從模變換器2出口半張角0°變化到輻射段5半張角θ0。每個周期的深、淺槽均分別諧振在fLo和fHo上，深槽9的槽深h3≈λLo/4，淺槽10的槽深h4≈λHo/4。實施例內壁圓弧曲線的半徑R2計算公式如下R2=L2sinθ0---(4)]]>式中L2是角度變化過渡段4的長度；θ0是輻射段5的半張角。實施例采用硬鋁材料加工成圓弧曲線內壁的雙槽深波紋波導部件。
參照圖1，本實用新型雙槽深波紋結構輻射段5的內壁表面為一圓錐面結構，實現(xiàn)所要求的副面邊緣照射電平。其波紋槽也選用雙槽深波紋結構，每個周期的深、淺槽均分別諧振在fLo和fHo上，深槽槽深h3≈λLo/4，淺槽槽深h4≈λHo/4。實施例雙槽深波紋結構輻射段5采用本單位研制的雙槽深波紋喇叭饋源輻射段部件制作。
根據上述雙槽結構波紋喇叭饋源的制造過程，實施例加工制造了用于13米天線的L/C雙頻段共用波紋饋源。實測結果表明，L/C雙頻段共用波紋饋源可在L和C兩個分離的頻段內(L頻段1.8～1.87GHz；C頻段3.7～4.2GHz，5.925～6.4252GHz)產生旋轉對稱的輻射方向圖，交叉極化小于-22dB，反射損耗優(yōu)于23dB。用該喇叭作饋源的13米天線在L和C雙頻段內，效率高達65％，反射損耗優(yōu)于18dB，旁瓣和交叉極化電平均滿足國際衛(wèi)星組織的入網要求。
權利要求1.一種雙槽結構波紋喇叭饋源裝置，包括雙槽深波紋結構頻率變化過渡段(3)、雙槽深波紋結構輻射段(5)、其特征在于還包括有害高次模抑制器(1)、雙槽結構波紋槽模變換器(2)、雙槽深波紋結構角度變化過渡段(4)，其中有害高次模抑制器(1)內壁為圓弧曲線結構，圓弧曲線的起點與輸入圓波導內壁相切、終止點與雙槽結構波紋槽模變換器(2)內壁相切；雙槽結構波紋槽模變換器(2)內壁為正弦曲線結構，由環(huán)加載槽(6)、直槽(7)和波紋齒(8)構成雙槽結構波紋槽；雙槽深波紋結構角度變化過渡段(4)內壁為圓弧曲線結構，圓弧曲線的起點與雙槽深波紋結構頻率變化過渡段(3)內壁相切、終止點與雙槽深波紋結構輻射段(5)內壁相切，由深直槽(9)、淺直槽(10)、波紋齒(11)構成雙槽深波紋結構；有害高次模抑制器(1)、雙槽結構波紋槽模變換器(2)、雙槽深波紋結構頻率變化過渡段(3)、雙槽深波紋結構角度變化過渡段(4)、雙槽深波紋結構輻射段(5)用緊固件依次連接成整體波紋喇叭饋源。
2.根據權利要求1所述的雙槽結構波紋喇叭饋源裝置，其特征在于雙槽結構波紋槽模變換器(2)的波紋槽呈周期性結構，一個周期波紋槽結構由一個環(huán)加載槽(6)、一個直槽(7)、和兩個波紋齒(8)構成；周期值P1等于環(huán)加載槽(6)槽口寬度尺寸b1、直槽(7)槽寬度尺寸b2、兩個波紋齒(8)齒寬度尺寸t1、t2的數(shù)值之和；每個周期值P1和加載槽寬尺寸W1可變或固定不變；每個周期波紋槽結構內環(huán)加載槽(6)槽口寬度尺寸b1、直槽(7)槽寬度尺寸b2均由小尺寸漸變過渡到大尺寸結構，兩個波紋齒(8)齒寬度尺寸t1、t2均由大尺寸漸變過渡到小尺寸結構。
3.根據權利要求1或2所述的雙槽結構波紋喇叭饋源裝置，其特征在于雙槽深波紋結構角度變化過渡段(4)的波紋槽呈周期性結構，一個周期波紋槽結構由一個深直槽(9)、一個淺直槽(10)、兩個波紋齒(11)構成，周期值P2等于深直槽(9)槽寬度尺寸b3、淺直槽(10)槽寬度尺寸b4、兩個波紋齒(11)齒寬度尺寸t3、t4的數(shù)值之和，每個周期值P2可變或固定不變，每個周期波紋槽結構內的槽寬尺寸b3、b4、齒寬度尺寸t3、t4可變或固定不變。
專利摘要本實用新型公開了一種雙槽結構波紋喇叭饋源裝置，它涉及衛(wèi)星通信天線、測控天線領域中雙頻段共用饋源裝置。它由有害高次模抑制器、雙槽結構波紋槽模變換器、雙槽深波紋結構頻率變化、角度變化過渡段和雙槽深波紋結構輻射段構成。它采用內壁為圓弧結構的有害高次模抑制器和一個環(huán)加載槽與一個直槽組合而成的雙槽結構波紋槽模變換器，從而達到能有效抑制有害高次模的激勵、降低反射損耗和雙頻段共用的目的。本實用新型還具有可在兩個分離的頻段內輻射方向圖旋轉對稱、交叉極化電平低、反射損耗小，增益高等特點，適合用作L/C、S/C、S/X和C/Ku等雙頻段共用衛(wèi)星通信和測控天線的饋源。
文檔編號H01Q13/02GK2596679SQ0320271
公開日2003年12月31日 申請日期2003年1月28日 優(yōu)先權日2003年1月28日
發(fā)明者杜彪, 張文靜, 楊可忠 申請人:中國電子科技集團公司第五十四研究所