專利名稱：長焦后饋超高性能微波拋物面天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微波天線，尤其涉及一種長焦后饋超高性能微波拋物面天線。
背景技術(shù)：
拋物面天線是一種定向微波天線，由拋物面反射器和輻射器組成，輻射器裝在拋物面反射器的焦點(diǎn)或焦軸上。輻射器發(fā)出的電磁波經(jīng)過拋物面的反射，形成方向性很強(qiáng)的波束。拋物面天線具有結(jié)構(gòu)簡單、方向性強(qiáng)、工作頻帶較寬等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是由于輻射器位于拋物面反射器的電場中，因而反射器對輻射器的反作用大，天線與饋線很難得到良好匹配；背面輻射較大；防護(hù)度較差；制作精度高。在微波中繼通信、對流層散射通信、雷達(dá)及電視中廣泛應(yīng)用這種天線。目前微波拋物面天線的饋電方式有前饋，后饋，偏饋等；最經(jīng)典的是前饋彎波導(dǎo)式饋源，由于其結(jié)構(gòu)緊湊，效率高而得到了廣泛的應(yīng)用。然而由于其加工成型復(fù)雜，成本高，一致性不好，且由于彎波導(dǎo)的遮擋使得天線方向圖的圓對稱性不好，進(jìn)而也影響了天線的其他電氣性能。申請人:在前期已研制的濺散板直波導(dǎo)饋源短焦微波拋物面天線已很好的解決了上述傳統(tǒng)彎波導(dǎo)饋源微波天線存在的問題，然而隨著通訊技術(shù)的不斷發(fā)展，需要使用更大口徑，更高增益，電氣性能更好的微波天線；而濺散板直導(dǎo)饋源短焦微波拋物面天線僅適用于小口徑天線，在大口徑天線中難以發(fā)揮需要的作用。因此迫切需要天線技術(shù)的發(fā)展來滿足這種需求。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述微波天線存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于提供一種性能更加良好、輕便、美觀且成本低廉的長焦后饋超高性能微波拋物面天線。為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采用如下技術(shù)解決方案—種長焦后饋超高性能微波拋物面天線，其特征在于，包括一個沖壓或旋壓而成的標(biāo)準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)拋物面形主反射器；一個沿主反射器軸線方向饋電的圓波導(dǎo)管；一個賦形的旋轉(zhuǎn)對稱的介質(zhì)濺散板，該介質(zhì)濺散板位于圓波導(dǎo)管上方；一個在介質(zhì)濺散板底面經(jīng)由金屬鍍膜而形成的副反射器；一個將圓波導(dǎo)管和主反射器連接在一起的饋源連接盤；一個連接于主反射器外邊延的金屬屏蔽圈，所述的金屬屏蔽圈的內(nèi)表面貼有改善電磁輻射性能的吸收材料；一個覆蓋在金屬屏蔽圈外側(cè)的天線罩。本發(fā)明的長焦后饋超高性能微波拋物面天線，和現(xiàn)有的天線相比，帶來的技術(shù)效果是1、與彎波導(dǎo)饋源微波天線相比，把前饋?zhàn)優(yōu)楹箴?，增?qiáng)了天線的寬頻帶，F(xiàn)/B等特
3性。2、以介質(zhì)作支撐并以附著在介質(zhì)上的金屬薄膜做為副反射器，從而省去了支桿， 消除了支桿的遮擋，提高了天線效率。3、饋源照射角以外的電磁波照射到介質(zhì)內(nèi)表面，部分地被反射到介質(zhì)板副面，經(jīng)多次反射和折射后到達(dá)主面，從而提高了饋源的照射效率。4、由于采用了副反射器和介質(zhì)表面賦形的雙賦形技術(shù)，所以既能控制天線口面的幅度分布又能控制相位分布。這樣，就可以采用優(yōu)化的口面場分布實(shí)現(xiàn)預(yù)期的輻射場。例如可降低天線旁瓣和背瓣的電平，能夠在微波電路密集的地方使用。5、與卡塞格倫，格里高利及環(huán)焦天線相比，省去了副面支桿，結(jié)構(gòu)新穎，便于安裝， 拆卸和運(yùn)輸。6、以鋁材為主，材料相對便宜，且使得饋源輕便；由于饋源零部件加工工藝簡單， 組件數(shù)量少，易于組裝，大大降低了成本。7、批量生產(chǎn)時無需調(diào)試，縮減了生產(chǎn)流程，節(jié)省了一定的人力物力，加快了成品速度，縮短了供貨周期。


圖1為本發(fā)明的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的仰視結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明的饋源組裝結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明的介質(zhì)濺散板結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明的饋源連接盤俯視結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明的饋源連接盤剖視結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本發(fā)明應(yīng)用在13GHz頻段的典型的回波損耗曲線圖；圖8為本發(fā)明應(yīng)用在18GHz頻段的典型的回波損耗曲線圖；圖9為本發(fā)明應(yīng)用在6GHz頻段的典型的回波損耗曲線圖；圖10為本發(fā)明應(yīng)用于1. 8m 口徑在7. 8125GHz頻率的E-面輻射方向圖及RPE性能；圖11為本發(fā)明應(yīng)用于1. 8m 口徑在7. 8125GHz頻率的H-面輻射方向圖及RPE性能。圖中的標(biāo)記分別表示1、饋源連接盤，2、圓波導(dǎo)管，3、介質(zhì)濺散板，4、副反射器，5、 主反射器，6、金屬屏蔽圈，7、圓矩變換器，8、鉚接孔，9、連接孔，10、通孔，11、翻邊，12、金屬屏蔽圈，13、吸收材料，14、天線罩，15、粘接劑，16、凹槽，17、壓塊，18、密封槽，19、矩口，20、 測試孔。下面通過附圖實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
具體實(shí)施例方式參見圖1和圖2，本實(shí)施例給出一種長焦后饋超高性能拋物面天線，包括—個沖壓或旋壓而成的標(biāo)準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)拋物面形主反射器5 ；一個沿主反射器(5)軸線方向饋電的圓波導(dǎo)管2 ；
一個賦形的旋轉(zhuǎn)對稱的介質(zhì)濺散板3，該介質(zhì)濺散板3位于圓波導(dǎo)管2上方；一個在介質(zhì)濺散板3底面經(jīng)由金屬鍍膜而形成的副反射器4 ；一個將圓波導(dǎo)管2和主反射器5連接在一起的饋源連接盤1 ；一個連接于主反射器5外邊延的金屬屏蔽圈12，所述的金屬屏蔽圈12的內(nèi)表面貼有改善電磁輻射性能的吸收材料13 ；一個覆蓋在金屬屏蔽圈12外側(cè)的天線罩14。天線罩14與屏蔽圈12連接在一起，且其形態(tài)為罩布或罩板。在能量傳送過程中，首先由圓波導(dǎo)管2發(fā)射出球面波能量，球面波能量傳遞到介質(zhì)濺散板3上經(jīng)過多次反射和折射達(dá)到副反射器4，再由副反射器4經(jīng)過多次折射和反射輻射到自由空間，進(jìn)而到達(dá)主反射器5，再通過主反射器5反射出去。能量經(jīng)過這一系列過程從主反射器5反射出去時已從最初始的球面波變?yōu)槠矫娌?。這是天線作為發(fā)射天線的工作原理，作為接收天線時，正好與上述傳輸路徑相反。本實(shí)施例中，最關(guān)鍵的部件為圓波導(dǎo)管2、介質(zhì)濺散板3、副反射器4和主反射器5， 這四個部件為本發(fā)明電氣性能上最關(guān)鍵之所在，其他部件或?yàn)檫B接件，或?yàn)楦纳飘a(chǎn)品電氣性能，或?yàn)槠渌阅苌峡紤]的部件。圓波導(dǎo)管2理論上是整個天線的饋源，然而作為后饋天線，可將圓波導(dǎo)管2、介質(zhì)濺散板3和副反射器4三者組合成為天線的實(shí)際饋源。三者同處于主反射器5的軸線位置，相互連接，且每個部件旋轉(zhuǎn)對稱。參見圖3，根據(jù)特定的頻段，圓波導(dǎo)管2選取合適的內(nèi)徑以使電磁能量以主模方式傳播，圓波導(dǎo)管2的內(nèi)部從頭到尾內(nèi)徑一致，沒有任何形變，在加工時要求粗糙度小于1. 6。 波導(dǎo)管2的外壁兩端開有若干凹槽Oa、2b、2c、2d)。凹槽加的作用可以減少電磁波向主反射器5輻射時的遮擋，凹槽2b為扼流槽，凹槽2c和凹槽2d為密封槽。波導(dǎo)管2的長度與主反射器5的長度的比值符合一定的焦徑比，且其總長度超出主反射器5的高度而不超過反射器5上的屏蔽圈12的高度，與天線罩14的底部有一定的距離。介質(zhì)濺散板3 —端與圓波導(dǎo)管2用粘結(jié)劑相連，另一端與副反射器4相連，起到將圓波導(dǎo)管2和副反射器4連接在一起的作用。介質(zhì)濺散板3由兩部分3a和北分別加工后， 經(jīng)過粘合組裝在一起。這樣做的好處是節(jié)省材料，以及降低加工風(fēng)險。介質(zhì)濺散板3外部輪廓為實(shí)心錐體，其最大直徑為工作波長的2. 5-3. 5倍之間，且其高度小于最大直徑。介質(zhì)濺散板3的材料為介電常數(shù)在2-3之間的聚合物。材料選的不合適將對電氣性能影響很大。只有選取合適介電常數(shù)的介質(zhì)材料，且對介質(zhì)進(jìn)行一定的賦形才能有效控制天線口面的幅度分布和相位分布。參見圖4，介質(zhì)濺散板3插入圓波導(dǎo)管2的部分為至少是兩階式圓柱體，一般為三級圓柱體。圓柱體由細(xì)往粗逐階級變，最頂端的是圓柱體22，緊挨著的是圓柱體23，最粗的圓柱體M的直徑與圓波導(dǎo)管2的內(nèi)徑一致，且圓柱體M外表面有一凹槽25。介質(zhì)濺散板 3的圓柱體級數(shù)越多，饋源的匹配特性就越好，天線的頻帶寬度也就越寬，一般根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。介質(zhì)濺散板3外露于圓波導(dǎo)管2的側(cè)面部分開若干個有一定深度和寬度的環(huán)形槽 27，環(huán)形槽的個數(shù)根據(jù)需要控制的幅度和相位分布來確定，一般每個槽的深度與寬度都一致，且槽與槽之間的間距沈也相同。其上表面為錐面觀，錐面觀有兩處向內(nèi)的凹槽。上表面的賦形實(shí)質(zhì)是副反射器4的賦形。副反射器4有兩處凸臺09，30)，其為有一定厚度的金屬薄膜，附著在介質(zhì)濺散板3的上表面并與其底面的凹槽相吻合。副反射器4上的凸臺四與凸臺30為了實(shí)現(xiàn)控制天線口面場的相位分布而設(shè)置。 副反射器4伸出主反射器5—段距離，所處位置不超出屏蔽圈12，且不與天線罩14相接觸， 這樣可以使得天線罩14對饋源的電壓駐波比不構(gòu)成影響。饋源連接盤1 一端為空心的圓柱體凸臺32，由圓波導(dǎo)管2的一端插入其空心處直至底部31并用粘結(jié)劑粘結(jié)在一起，饋源連接盤1設(shè)置有四個通孔33，用來和變換器件7 (例如圓矩變換器7)相連接。本實(shí)施例的饋源連接盤1為圓出口，當(dāng)天線需要出口為矩口時，則在饋源連接盤1 處外接一個圓矩變換器7。圓矩變換器7外露的接口端有矩口 19，矩口 19周圍分布有密封槽18和若干測試孔20.圓波導(dǎo)管2、饋源連接盤1、介質(zhì)濺散板3和副反射器4四個零件同處于主反射器 5的軸線上。主反射器5為標(biāo)準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)拋物面，可由旋壓或沖壓加工而成。主反射器開口角在 60° -80°之間。這個范圍的開口角是為了配合本發(fā)明所設(shè)置的饋源。主反射器5 口徑在 3米以內(nèi)。主反射器5外邊緣有向外的翻邊11，翻邊11上有一圈與金屬屏蔽圈12連接用的通孔10。主反射器5頂部掏空與天線中心盤6鉚接在一起。天線中心盤6的外邊緣有一圈鉚接孔8，內(nèi)邊緣有四個與饋源連接盤1連接的連接孔9，四個連接孔9分別設(shè)置在內(nèi)邊緣的四個凹槽16內(nèi)，連接時用螺釘與壓塊17將饋源連接盤1與鉚接了天線中心盤6的主反射器5連接在一起。金屬屏蔽圈12外接于主反射器5外邊沿，其延伸方向與主反射器5軸線平行，且其長度為工作波長的5-30倍之間。金屬屏蔽圈12內(nèi)表面的吸收材料13的厚度在5-25mm 之間。金屬屏蔽圈12和吸收材料13的作用為可以降低天線的旁瓣和后瓣，提高了天線的 RPE性能。天線罩14與金屬屏蔽圈12連接在一起，天線罩14的形態(tài)為罩布或罩板。經(jīng)過以上措施，電氣方面解決了以下幾個問題1、解決了傳統(tǒng)拋物面天線效率不高的問題，使得天線的效率至少可以達(dá)到60% ；2、解決了后饋天線寬頻帶的問題，在帶寬5%時，電壓駐波比可以小于1. 12 ；在帶寬10%時，電壓駐波比小于1. 2 ；在帶寬20%時，電壓駐波比小于1. 3.3、天線系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)滿足甚至超過ETSI CLASS-3標(biāo)準(zhǔn)。4、解決了傳統(tǒng)的濺散板饋源的微波天線只能用于小口徑的問題，本發(fā)明適用于3 米以內(nèi)的任何口徑，對于一些頻率較低的天線，可以應(yīng)用到更大的口徑中。本發(fā)明可以在不離開其精神實(shí)質(zhì)和主要特征的情況下以其他各種形式實(shí)施。因此上述施例所有的要點(diǎn)只不過是例示，而不是限定性的解釋。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本說明書的教導(dǎo)下，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，對技術(shù)方案做出非本質(zhì)的添加和替換，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種長焦后饋超高性能微波拋物面天線，其特征在于，包括一個沖壓或旋壓而成的標(biāo)準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)拋物面形主反射器(5)；一個沿主反射器(5)軸線方向饋電的圓波導(dǎo)管O)；一個賦形的旋轉(zhuǎn)對稱的介質(zhì)濺散板(3)，該介質(zhì)濺散板C3)位于圓波導(dǎo)管( 上方；一個在介質(zhì)濺散板C3)底面經(jīng)由金屬鍍膜而形成的副反射器；一個將圓波導(dǎo)管⑵和主反射器(5)連接在一起的饋源連接盤⑴；一個連接于主反射器(5)外邊延的金屬屏蔽圈(12)，所述的金屬屏蔽圈(12)的內(nèi)表面貼有改善電磁輻射性能的吸收材料(13)；一個覆蓋在金屬屏蔽圈(12)外側(cè)的天線罩(14)。
2.如權(quán)利要求1所述的長焦后饋超高性能微波拋物面天線，其特征在于，所述的主反射器(5)的口徑在3米以內(nèi)，其開口角在60° 80°之間。
3.如權(quán)利要求1所述的長焦后饋超高性能微波拋物面天線，其特征在于，所述的圓波導(dǎo)管O)的兩端的外徑上開有若干凹槽，其內(nèi)徑為工作波長的0.5倍 0.8倍之間。
4.如權(quán)利要求1所述的長焦后饋超高性能微波拋物面天線，其特征在于，所述的介質(zhì)濺散板C3)外部輪廓為實(shí)心錐體，其最大直徑為工作波長的2.5倍 4.5倍之間，且其高度小于最大直徑，其材料為介電常數(shù)在2-3之間的聚合物。
5.如權(quán)利要求1所述的長焦后饋超高性能微波拋物面天線，其特征在于，所述的介質(zhì)濺散板C3)插入圓波導(dǎo)管O)的部分為至少是兩階階變式圓柱體，其外露于圓波導(dǎo)管(2) 的側(cè)面開若干個有一定深度和寬度的環(huán)形槽，且槽寬與槽深及槽間距均相等，介質(zhì)濺散板 (3)的上表面為錐面，錐面上有兩處向內(nèi)的凹槽。
6.如權(quán)利要求1所述的長焦后饋超高性能微波拋物面天線，其特征在于，所述的副反射器(4)有兩處凸臺，其為有一定厚度的金屬薄膜，附著在介質(zhì)濺散板(3)的上表面，并與其上表面的凹槽相吻合。
7.如權(quán)利要求1所述的長焦后饋超高性能微波拋物面天線，其特征在于，所述的饋源連接盤(1) 一端有空心的圓柱體凸臺，由圓波導(dǎo)管O)的一端插入其空心處直至底部并用粘結(jié)劑(15)粘結(jié)在一起，饋源連接盤⑴上設(shè)置有四個通孔(10)，用來和變換器(7)相連接。
8.如權(quán)利要求1所述的長焦后饋超高性能微波拋物面天線，其特征在于，所述的圓波導(dǎo)管⑵、饋源連接盤⑴、介質(zhì)濺散板⑶和副反射器⑷相互連接且同處于主反射器(5) 的軸線上。
9.如權(quán)利要求1所述的長焦后饋超高性能微波拋物面天線，其特征在于，所述的金屬屏蔽圈(12)外接于主反射器(5)外邊沿，其延伸方向與主反射器(5)的軸線平行，且其長度為工作波長的5-30倍之間。
10.如權(quán)利要求1所述的長焦后饋超高性能微波拋物面天線，其特征在于，所述的吸收材料(13)的厚度為5mm 25mm之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種長焦后饋超高性能微波拋物面天線，包括組合為一個沖壓或旋壓而成的標(biāo)準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)拋物面形主反射器，一個沿主反射器軸線方向饋電的圓波導(dǎo)管、一個賦形的旋轉(zhuǎn)對稱的介質(zhì)濺散板、一個在介質(zhì)濺散板底面經(jīng)由金屬鍍膜而形成的副反射器、一個將圓波導(dǎo)管和主反射器連接在一起的饋源連接盤、一個連接于主反射器外邊延的金屬屏蔽圈、以及其他組裝與安裝零部件。圓波導(dǎo)管、饋源連接盤、介質(zhì)濺散板，三個零件同處于主反射器的軸線上，通過粘結(jié)組裝在一起，構(gòu)成整個天線的核心。本發(fā)明長焦后饋超高性能微波拋物面天線電氣性能優(yōu)良，可在微波電路密集的地方使用，成本較低，外型美觀，實(shí)用性強(qiáng)，易于加工，一致性好，更能適用大批量生產(chǎn)。
文檔編號H01Q17/00GK102570050SQ20111044241
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月19日
發(fā)明者劉飛, 呂磊, 張鐵軍, 楊英, 梁娟, 郭勇, 韋大衛(wèi), 魚軍浪 申請人:西安普天天線有限公司