雙頻圓極化天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及衛(wèi)星通信、微波通信領(lǐng)域中高效率圓極化陣列天線，該天線設(shè)計(jì)的技術(shù)主要包括:共口徑雙頻圓極化技術(shù)、高隔離度技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前在通信頻段越來越向高頻段發(fā)展，尤其在Ku、Ka波段，其頻率決定帶寬比工作在L、S波段的天線，工作在此頻段的要求天線具有尺寸小、增益高、點(diǎn)波束的特性，尤其，其收發(fā)工作頻段距離較遠(yuǎn)，需要天線雙頻工作，且需要圓極化輻射，實(shí)現(xiàn)上述性能的天線主要有以下幾種天線形式，但各有優(yōu)缺點(diǎn)。
[0003]1、波導(dǎo)縫隙天線:該形式天線是在波導(dǎo)寬邊或窄邊進(jìn)行開縫，通常有行波、駐波兩種陣列形式，但輻射單元縫隙的增益相對較低，通常只有7dB左右，由于為串饋形式，帶寬內(nèi)出現(xiàn)頻掃現(xiàn)象，隨著工作頻率的增高，要求加工精度也越高，需借助較高的焊接工藝加工制造，成品率較低，導(dǎo)致成本較高，且實(shí)現(xiàn)雙頻圓極化共口徑輻射，難度較大。
[0004]2、微帶貼片天線，該天線形式具有輪廓低、可集成有源器件、可實(shí)現(xiàn)輻射單元與網(wǎng)絡(luò)一體化設(shè)計(jì)的，但天線的介質(zhì)損耗較大，且存在漏波效應(yīng)，天線單元增益低、饋電網(wǎng)絡(luò)損耗大，不利用實(shí)現(xiàn)高增益天線設(shè)計(jì)。
[0005]3、反射面天線，該形式天線在Ka頻段具有很好的射頻性能，差損低、輻射效率高、實(shí)現(xiàn)圓極化輻射相對技術(shù)較為簡單，但該形式天線物理尺寸較大，不適用在一些空間狹小的場合。
[0006]4.透鏡天線，該天線形式與反射面天線類似，通常采用饋源照射介質(zhì)球、介質(zhì)餅等，使波束聚焦，實(shí)現(xiàn)高增益照射的目的，但與反射面天線同樣具有天線體積尺寸過大，無法實(shí)現(xiàn)波束調(diào)整的功能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于避免上述【背景技術(shù)】中的不足之處而提供一種雙頻圓極化天線，本發(fā)明的特點(diǎn)是，雙頻圓極化輻射，損耗低，輻射效率高，高隔離度，結(jié)構(gòu)緊湊。
[0008]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的:雙頻圓極化天線，包括圓錐喇叭口1、低頻諧振腔2、高頻諧振腔3、高頻極化探針4和低頻極化探針5，低頻諧振腔2的上開口與圓錐喇叭口 I的下開口相接，低頻諧振腔2的側(cè)壁上固定有低頻極化探針5;高頻諧振腔3的上開口與低頻諧振腔2的下開口相接，高頻諧振腔3的側(cè)壁上固定有高頻極化探針4;低頻諧振腔2和高頻諧振腔3均為橢圓柱形狀;低頻極化探針5與低頻諧振腔2的橢圓長軸共線，高頻極化探針4與高頻諧振腔3的橢圓長軸共線;低頻諧振腔2的橢圓長軸與高頻諧振腔3的橢圓長軸在兩個(gè)腔體的交界面相垂直。
[0009]其中，所述的圓錐喇叭口 I的饋電端口的直徑為0.65λ0;其中，λ。為工作頻段的中心頻率對應(yīng)的波長。
[0010]其中，低頻諧振腔2的橢圓長軸的長度小于圓錐喇叭口I的饋電端口直徑。
[0011]其中，所述的低頻諧振腔2的橢圓長軸的長度為0.525λι，短軸的長度為0.485λι；高頻諧振腔3的橢圓長軸的長度為0.5Ah，短軸的長度為0.42Ah;其中，λι為低頻段的中心頻率對應(yīng)波長，Ah為高頻段的中心頻率對應(yīng)波長。
[0012]其中，所述的低頻極化探針5進(jìn)入低頻諧振腔2的長度為0.，距離低頻諧振腔2的底面為0.17λ!;高頻極化探針4進(jìn)入高頻諧振腔3的長度為0.2Ah，距離高頻諧振腔3的底面為0.1 Uh;其中，A1為低頻段的中心頻率對應(yīng)波長，Ah為高頻段的中心頻率對應(yīng)波長。
[0013]其中，高頻段中心頻率對應(yīng)波長Ah與低頻段中心頻率對應(yīng)波長A1之比為AhZ^1 =1.5。
[0014]本發(fā)明與【背景技術(shù)】比較有如下優(yōu)點(diǎn):
[0015]1、本發(fā)明的雙頻圓極化天線由圓錐喇叭口 1、低頻諧振腔2、高頻諧振腔3、高頻極化探針4和低頻極化探針5組成，天線阻抗帶寬大于20 %，帶寬內(nèi)增益大于8.5dB，輻射效率大于81.5%，小于3dB的軸比帶寬大于25%，端口隔離帶寬內(nèi)大于30%，雙頻段的中心頻率比為1.5較為合適。
[0016]2、本發(fā)明整個(gè)天線結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，輻射效率高，雙頻圓極化輻射，可作為平面陣列輻射單元，實(shí)現(xiàn)高效率窄波束輻射。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明三維結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2是本發(fā)明的透視示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]參照圖1、圖2，本發(fā)明由圓錐喇叭口1、低頻諧振腔2、高頻諧振腔3、高頻極化探針4和低頻極化探針5組成，圖1是本發(fā)明三維結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是本發(fā)明內(nèi)部透視示意圖，給出了各部件間的相對位置關(guān)系及內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成。
[0020]圓錐喇叭口I位于最上層，其作用是接收、發(fā)射電磁信號，并按著一定的空間功率波束覆蓋要求，實(shí)現(xiàn)方向圖的設(shè)計(jì)。本發(fā)明采用漸變式的圓錐喇叭，保證了諧振腔與喇叭口的阻抗匹配，通常取圓錐喇叭口的輻射端口直徑為其口徑尺寸，口徑尺寸為0.85AQ(AQ為工作頻率的中心頻率對應(yīng)波長)，這樣可獲得相對較高的單元輻射增益，較好的空間阻抗匹配，又避免了在組陣設(shè)計(jì)時(shí)陣列方向圖出現(xiàn)較高的柵瓣；圓錐喇叭口的饋電端口的直徑為
0.65λο，其保證了與低頻諧振腔2良好的過渡，其尺寸略大于低頻諧振腔2對應(yīng)橢圓長軸的尺寸，圓錐喇叭口 I底部與低頻諧振腔2相連。圓錐喇叭口 I可以替換為角錐喇叭口。
[0021]低頻諧振腔2呈橢圓柱形狀，其作用是利用低頻極化探針的激勵(lì)在其腔內(nèi)形成旋轉(zhuǎn)場，輻射到自由空間便形成圓極化波。低頻諧振腔2的長軸通常取口徑0.525^(^為低頻段中心頻率對應(yīng)的波長)，短軸尺寸為0.485M;低頻極化探針5與低頻諧振腔2的長軸共線，其中探針進(jìn)入金屬腔體的尺寸為0.22M，距離低頻諧振腔2的底部為0.17M。
[0022]高頻諧振腔3同樣為橢圓柱形狀，但尺寸小于低頻諧振腔2，目的是用于在其腔內(nèi)形成比低頻諧振腔腔體頻率更高的旋轉(zhuǎn)場，然后由同一圓錐喇叭口 I輻射出去。高頻諧振腔3與低頻諧振腔2的底部相連接，其對應(yīng)橢圓長軸與低頻諧振腔2的橢圓長軸在兩者交界面的投影呈90°。高頻諧振腔3的橢圓長軸通常取口徑0.5Ah(Ah為高頻段中心頻率對應(yīng)的波長)，短軸尺寸為0.42Ah;高頻極化探針4與其長軸共線，其中探針進(jìn)入金屬腔體的尺寸為
0.2Ah，距離高頻諧振腔3的底部為0.1Uh;通常高低頻波長比AhA1= 1.5較為合適，相互之間對天線性能的影響較小。
[0023]高頻極化探針4和低頻極化探針5分別固定在兩個(gè)頻段的諧振腔側(cè)壁上，用于激勵(lì)相對頻段的信號。
[0024]研究發(fā)現(xiàn):按著上述天線結(jié)構(gòu)尺寸配置，天線軸比小于2dB的帶寬為21 %，天線極化端口隔離帶寬內(nèi)大于45 %，雙頻段的口徑輻射效率大于75 %。
[0025]本發(fā)明工作原理如下:當(dāng)發(fā)射信號時(shí)，發(fā)射機(jī)連接同軸接插件發(fā)射信號，低頻諧振腔中對應(yīng)頻率激勵(lì)起旋轉(zhuǎn)電場，形成圓極化輻射波，經(jīng)由圓錐喇叭口 I輻射到自由空間；高頻極化探針4激勵(lì)起高頻諧振腔3的高頻信號，經(jīng)由低頻諧振腔的諧振腔體，最終由圓錐喇叭口 I輻射到自由空間。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.雙頻圓極化天線，包括圓錐喇叭口(1)，其特征在于:還包括低頻諧振腔(2)、高頻諧振腔(3)、高頻極化探針(4)和低頻極化探針(5)，低頻諧振腔(2)的上開口與圓錐喇叭口(1)的下開口相接，低頻諧振腔(2)的側(cè)壁上固定有低頻極化探針(5);高頻諧振腔(3)的上開口與低頻諧振腔(2)的下開口相接，高頻諧振腔(3)的側(cè)壁上固定有高頻極化探針(4);低頻諧振腔(2)和高頻諧振腔(3)均為橢圓柱形狀;低頻極化探針(5)與低頻諧振腔(2)的橢圓長軸共線，高頻極化探針(4)與高頻諧振腔(3)的橢圓長軸共線;低頻諧振腔(2)的橢圓長軸與高頻諧振腔(3)的橢圓長軸在兩個(gè)腔體的交界面相垂直。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙頻圓極化天線，其特征在于:所述的圓錐喇叭口(I)的饋電端口的直徑為0.65λ0;其中，λο為工作頻段的中心頻率對應(yīng)的波長。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙頻圓極化天線，其特征在于:低頻諧振腔(2)的橢圓長軸的長度小于圓錐喇叭口(1)的饋電端口直徑。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙頻圓極化天線，其特征在于:所述的低頻諧振腔(2)的橢圓長軸的長度為0.5251:，短軸的長度為0.485λ1;高頻諧振腔(3)的橢圓長軸的長度為0.5λΗ,短軸的長度為0.42Ah;其中，A1為低頻段的中心頻率對應(yīng)波長，Ah為高頻段的中心頻率對應(yīng)波長。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙頻圓極化天線，其特征在于:所述的低頻極化探針(5)進(jìn)入低頻諧振腔(2)的長度為0.，距離低頻諧振腔(2)的底面為0.17λ1;高頻極化探針(4)進(jìn)入高頻諧振腔(3)的長度為0.2Ah，距離高頻諧振腔(3)的底面為0.1Uh;其中，A1為低頻段的中心頻率對應(yīng)波長，Ah為高頻段的中心頻率對應(yīng)波長。6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的雙頻圓極化天線，其特征在于:高頻段中心頻率對應(yīng)波長Ah與低頻段中心頻率對應(yīng)波長λι之比為:Ah/Ai = l.5。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雙頻圓極化天線，該天線包括依次由上到下設(shè)置的圓錐喇叭口、低頻諧振腔和高頻諧振腔，低頻諧振腔和高頻諧振腔的側(cè)壁上一一對應(yīng)固定有低頻極化探針和高頻極化探針；兩個(gè)諧振腔均為橢圓柱形狀，其橢圓長軸分別與對應(yīng)的探針共線；兩個(gè)諧振腔的橢圓長軸在兩個(gè)腔體交界面的投影相互垂直。本發(fā)明的天線阻抗帶寬大于20％，帶寬內(nèi)增益大于8.5dB，輻射效率大于81.5％，小于3dB的軸比帶寬大于25％，端口隔離帶寬內(nèi)大于30％，雙頻端的中心頻率比為1.5。整個(gè)天線結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，輻射效率高，雙頻圓極化輻射，可作為平面陣列輻射單元，實(shí)現(xiàn)高效率窄波束輻射。
【IPC分類】H01Q5/10, H01Q1/36, H01Q5/28, H01Q13/18
【公開號】CN105591193
【申請?zhí)枴緾N201610099961
【發(fā)明人】宋長宏
【申請人】中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所
【公開日】2016年5月18日
【申請日】2016年2月24日