一種多頻段雙極化大功率饋源的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種多頻段多極化大功率饋源。既能作為反射面天線的饋源，又可作為多頻段多極化的獨立天線。由高頻段波導(dǎo)、低頻段波導(dǎo)和輻射波導(dǎo)構(gòu)成金屬主腔體，其中高頻段波導(dǎo)和低頻段波導(dǎo)構(gòu)成饋電部分，輻射波導(dǎo)成電磁輻射部分；高頻段波導(dǎo)上分別設(shè)有高頻段水平極化饋電口和高頻段垂直極化饋電口；低頻段波導(dǎo)上分別設(shè)有低頻段水平極化饋電口和低頻段垂直極化饋電口。本發(fā)明為一體化設(shè)計，實現(xiàn)了兩個以上波段天線共口徑和波束指向相同（波束匹配）；本發(fā)明天線可為n個頻段提供多種極化信號，即天線可工作在多個頻段，在多個工作頻段內(nèi)分別實現(xiàn)水平極化和垂直極化；或配用圓極化器實現(xiàn)多頻圓極化，變成大功率圓極化天線。
【專利說明】
一種多頻段雙極化大功率饋源
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于雷達系統(tǒng)及微波通信、衛(wèi)星通信系統(tǒng)等技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種兩個以上頻段、雙極化、大功率饋源。
【背景技術(shù)】
[0002]在大功率雷達系統(tǒng)中，有些雷達要求天線能夠具有雙頻段、雙極化或多頻段多極化工作能力，且各頻段波束指向相同(波束匹配)。如某C/X波段微波超視距環(huán)境與傳播實驗平臺實際上是海面回波和艦船目標(biāo)的測量和定位，要求天線具有:多波形雙頻段、雙極化，且根據(jù)測試要求由人工進行控制；多頻段天線共口徑和波束指向相同(波束匹配)；目前具有雙(多)頻段、雙極化、大功率天線大多采用反射面加饋源組陣的形式。如美國NASA公司的PR-2雙頻段雙極化陣列饋源拋物柱反射面天線、一種新型雙頻段雙極化星載降水測量雷達天線、都是采用饋源組陣的形式實現(xiàn)雙頻段、雙極化工作的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決共用一反射面，實現(xiàn)雙極化或多極化波束共軸工作，本發(fā)明提供一種多頻段雙極化大功率饋源。
[0004]—種多頻段雙極化大功率饋源包括管狀的金屬主腔體，金屬主腔體的一端為高頻段波導(dǎo)，中部為低頻段波導(dǎo)，另一端為輻射波導(dǎo);所述高頻段波導(dǎo)和低頻段波導(dǎo)構(gòu)成饋電部分，福射波導(dǎo)構(gòu)成電磁福射部分；
[0005]所述高頻段波導(dǎo)上分別設(shè)有高頻段水平極化饋電口和高頻段垂直極化饋電口，高頻段水平極化饋電口和高頻段垂直極化饋電口呈正交布置；
[0006]所述低頻段波導(dǎo)上分別設(shè)有低頻段水平極化饋電口和低頻段垂直極化饋電口，低頻段水平極化饋電口和低頻段垂直極化饋電口呈正交布置；
[0007]輻射波導(dǎo)的輻射口處設(shè)有介質(zhì)罩；
[0008]所述饋電部分實現(xiàn)兩個以上頻段雙極化的饋電，所述電磁輻射部分實現(xiàn)兩個以上頻段多個極化共口徑。
[0009]進一步限定的技術(shù)方案如下:
[0010]所述高頻段波導(dǎo)為圓管狀波導(dǎo)或方管狀波導(dǎo)。
[0011]所述低頻段波導(dǎo)由圓管狀的低頻傳輸波導(dǎo)和圓錐臺狀的變換段波導(dǎo)軸向連接組成，或方管狀的低頻傳輸波導(dǎo)和方錐臺狀的變換段波導(dǎo)軸向連接組成;變換段波導(dǎo)的大直徑端連接著低頻傳輸波導(dǎo)的一端，變換段波導(dǎo)的小直徑端連接著高頻波導(dǎo)的一端。
[0012]所述電磁輻射部分為開口方波導(dǎo)或圓波導(dǎo)或多臺階喇叭或加脊喇叭，電磁輻射部分的小直徑端連接著傳輸波導(dǎo)的另一端，電磁輻射部分的大直徑端連接著介質(zhì)罩。
[0013]所述高頻段水平極化饋電口為矩形饋電口，且矩形饋電口由矩形漸變?yōu)閳A形或方形。
[0014]所述高頻段垂直極化饋電口為矩形饋電口。
[0015]所述低頻段水平極化饋電口為矩形饋電口。
[0016]所述低頻段垂直極化饋電口為矩形饋電口。
[0017]所述高頻段波導(dǎo)上設(shè)有一個以上的同軸口，用于傳輸不同頻段的信號。
[0018]所述低頻傳輸波導(dǎo)上設(shè)有一個以上的同軸口，用于傳輸不同頻段的信號。
[0019]所述輻射波導(dǎo)的輻射口的內(nèi)壁上均布設(shè)有兩條以上凸脊或兩塊以上加階梯塊。
[0020]本發(fā)明的有益技術(shù)效果體現(xiàn)在以下方面:
[0021]1.本發(fā)明采用的是多個頻段共口徑饋源，共用一反射面，實現(xiàn)雙極化或多極化波束共軸工作;其最大優(yōu)點是使得饋源的設(shè)計更為簡單，饋電更為方便。
[0022]2.本發(fā)明簡化了雷達饋電的結(jié)構(gòu)，減小饋線系統(tǒng)的損耗，減輕雷達饋線系統(tǒng)的重量，減少饋電器件，節(jié)省雷達制造成本。
[0023]3.本發(fā)明提高了雷達系統(tǒng)的集成度和可靠性;可廣泛應(yīng)用于兩個以上頻段、雙極化反射面饋源或單獨作為雙(多)頻段、雙極化天線;通用性、實用性較強。
[0024]4.本發(fā)明中寬帶天線可覆蓋多個工作頻段、各頻段信號相互正交。兩個正交主模獨立信號將它們提供給單一信號端口的基模，使所有饋電端口匹配并在獨立信號之間有高的交叉極化鑒別力。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明雙頻段雙極化結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2為多頻段雙極化結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖3為低頻段波瓣圖；
[0028]圖4為高頻段波瓣圖；
[0029]圖5為低頻段交叉極化圖；
[0030]圖6為高頻段交叉極化圖。
[0031 ]上圖中序號:高頻段水平極化饋電口 1、高頻段垂直極化饋電口 2、低頻段水平極化饋電口 3、低頻段垂直極化饋電口4、高頻傳輸波導(dǎo)5、口徑變換段波導(dǎo)6、低頻傳輸波導(dǎo)7、輻射裝置8、介質(zhì)罩9、第一同軸連接器10-1、第二同軸連接器10-2。
【具體實施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖，通過實施例對本發(fā)明作進一步地描述。
[0033]實施例1
[0034]本發(fā)明工作在C波段和X波段;極化方式為HH，VV極化;高增益;峰功率容量可達幾十千瓦;波束匹配即波束指向相同。對于雙頻段雙極化大功率高增益天線，在沒有波束指向要求的情況下，最簡單的實現(xiàn)方法是采用饋源帶反射面形式。將X波段饋源和C波段饋源上下擺在焦線上，饋源輸入口分別加正交模耦合器再接各自頻段的饋線系統(tǒng)(要達到系統(tǒng)要求的增益和波束寬度采用此方案兩頻段波束指向相差2.2°)，不滿足波束匹配的要求;要使波束匹配，兩個頻段的饋源相位中心都必須放在焦點上，擬采用垂直方向組陣，放置C波段饋源，中間放置X波段饋源。讓兩頻段相位中心與焦點重合，C波段兩饋源輸入口各接一正交模耦合器，再將兩路進行合成后到C波段饋線，X波段直接接正交模耦合器至饋線(此方案在達到波束指向相同的情況下，C波段次級波瓣出現(xiàn)分裂現(xiàn)象，C波段增益和波束達不到總體的指標(biāo)要求)；既要滿足波束匹配又要使波束相位中心都放在焦點上而使各頻段次級波瓣不出現(xiàn)裂瓣，必須研制一款χ/c頻段雙極化共口徑饋源，使得天線的增益、波束寬度、波束指向、副瓣、極化方式都滿足雷達系統(tǒng)提出的指標(biāo)要求。
[0035]—種雙極化雙頻段大功率饋源分為饋電部份和電磁輻射部份，下面以C/X頻段對圖1進行詳細說明。
[0036]參見圖1，包括管狀的金屬主腔體，金屬主腔體的下端為高頻段波導(dǎo)，中部為低頻段波導(dǎo)，上端為輻射波導(dǎo)8;其中高頻段波導(dǎo)和低頻段波導(dǎo)構(gòu)成饋電部分，輻射波導(dǎo)構(gòu)成電磁福射部分。
[0037]高頻段波導(dǎo)為管狀的高頻傳輸波導(dǎo)5，高頻傳輸波導(dǎo)5上分別設(shè)有X頻段水平極化饋電口 I和X頻段垂直極化饋電口 2，X頻段水平極化饋電口 I和X頻段垂直極化饋電口 2相互垂直形成一 X波段正交信號，分別傳輸X波段水平極化和垂直極化信號;X頻段水平極化饋電口 I為矩形口，經(jīng)過一段矩圓口徑變換，位于高頻傳輸波導(dǎo)5的外端口 ；X頻段垂直極化饋電口2為矩形口，位于高頻傳輸波導(dǎo)5的側(cè)壁上；
[0038]低頻段波導(dǎo)由X頻段至C頻段的口徑變換段波導(dǎo)6和C波段的低頻傳輸波導(dǎo)7組成，C波段的低頻傳輸波導(dǎo)7的側(cè)壁上分別設(shè)有C頻段水平極化饋電口 3和C頻段垂直極化饋電口4，C頻段水平極化饋電口 3和C頻段垂直極化饋電口 4呈正交布置;饋電口可以是標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)也可以是脊波導(dǎo)，滿足頻段指標(biāo)需求即可。
[0039]福射波導(dǎo)8的福射口處安裝有介質(zhì)罩9。
[0040]考慮到系統(tǒng)各頻段工作帶寬窄，本施實例選用C波段標(biāo)準(zhǔn)矩波導(dǎo)，X頻段至C頻段的口徑變換段波導(dǎo)6對于C波段的兩信號為等效短路面。X和C其共用的輸入口為圓波導(dǎo)與喇叭的波導(dǎo)口對接，本實施例中的喇叭選用多臺階圓喇叭，可以工作在X和C頻段內(nèi)，當(dāng)作為饋源用時，可為反射面天線提供相位中心相同、波束匹配、較大照射角度的初級波瓣方向圖。由于反射面天線的增益是靠面來決定所以當(dāng)兩頻段信號相差較大或工作頻段較低時，根據(jù)初級波瓣的照射原則，盡量使用開口喇叭、脊喇叭或能實現(xiàn)寬頻帶的多臺階喇叭使饋源的_1dB波瓣照射的角度大，這樣在高增益條件下頻段高的波瓣次級波瓣不會出現(xiàn)裂瓣，但如果選擇正副反射面的天線或頻段較高的W波段或更高頻段由于增益較高的初級波瓣選擇常規(guī)的波紋喇叭更好匹配，曾有國外文獻報道，不在本發(fā)明討論之列。
[0041]饋源要確保天線能處于最佳照射狀態(tài)，饋源十分之一功率寬度應(yīng)約等于拋物面天線的張角。在實際工作中，有時對天線旁瓣電平提出較高要求，這時需要提供口面邊緣場強更低一些的照射，在要求低旁瓣的同時，還對天線增益提出了一定要求，則應(yīng)適當(dāng)增大口面直徑;為獲得等相位口面場，饋源應(yīng)具有確定的相位中心；在工作頻帶內(nèi)，饋源與饋線間有著良好的匹配;饋源結(jié)構(gòu)對口面輻射的遮擋應(yīng)盡可能小;有足夠的功率容量;能抗雨、霧與水汽的腐蝕。
[0042]圖3-6分別給出了C/X波段饋源的設(shè)計結(jié)果。采用本實施例的饋源X波段-1OdB照射角可達±41度，C波段-1OdB照射角可達±58度。此饋源采用偏饋形式，天線口徑約2m，焦徑比0.5，拋物面焦距€ = 1米，拋物面方程7+72 = 4作，用圓朝2方向截取拋物面。饋線功率可達三四十千瓦、可以實現(xiàn)X和C兩個頻段共軸工作、兩種極化(水平或垂直極化)、很高的天線增益(X波段43在dB、C波段38dB)。波束形狀可根據(jù)指標(biāo)需要選擇合適的反射面(本方案筆形波束選擇旋轉(zhuǎn)拋物面實現(xiàn))。
[0043]實施例2
[0044]本實施例，在實施例1的基礎(chǔ)上，可以增加饋電口或接收口實現(xiàn)多個頻段的信號傳輸，多個頻段之間按高頻到低頻順序合理布局主饋線。根據(jù)其截止頻率合理選擇各頻段的口徑和饋電波導(dǎo)尺寸。如圖2所示在高頻傳輸波導(dǎo)5上對稱增設(shè)有一對第一同軸連接器ΙΟ-?、第二同軸連接器 10-2，與上、下兩頻段的波導(dǎo)口實現(xiàn)三個頻段兩種極化分時或同時工作。
[0045]實施例1使用在雙頻段雙極化，在多頻段多極化中本發(fā)明也可行，見圖2所示的結(jié)構(gòu)形式就可工作在三個頻段雙極化中。多頻段還可使用雙工器進行組合，或做相應(yīng)變換在合理的位置進行匹配布局。
[0046]本發(fā)明最大特點是能實現(xiàn)雙(多)頻段、雙極化共軸工作。可簡化雷達饋電的結(jié)構(gòu)，減小饋線系統(tǒng)的損耗，減輕雷達饋線系統(tǒng)的重量，減少饋電器件，節(jié)省雷達制造成本;實現(xiàn)雷達饋線系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計;提高雷達系統(tǒng)的集成度和可靠性。此發(fā)明可廣泛應(yīng)用于雙(多)頻段、雙極化反射面饋源或單獨作為高增益、雙(多)頻段、雙極化天線用。通用性、實用性較強。寬帶喇叭與多頻段信號集成設(shè)計，具有雙(多)頻段、雙極化工作能力、具有大功率能力、可實現(xiàn)多頻段共軸工作。可作為反射面的饋源也可單獨做雙(多)頻段、雙極化天線用。
【主權(quán)項】
1.一種多頻段雙極化大功率饋源，其特征在于:包括管狀的金屬主腔體，金屬主腔體的一端為高頻段波導(dǎo)，中部為低頻段波導(dǎo)，另一端為輻射波導(dǎo);所述高頻段波導(dǎo)和低頻段波導(dǎo)構(gòu)成饋電部分，福射波導(dǎo)構(gòu)成電磁福射部分； 所述高頻段波導(dǎo)上分別設(shè)有高頻段水平極化饋電口和高頻段垂直極化饋電口，高頻段水平極化饋電口和高頻段垂直極化饋電口呈正交布置； 所述低頻段波導(dǎo)上分別設(shè)有低頻段水平極化饋電口和低頻段垂直極化饋電口，低頻段水平極化饋電口和低頻段垂直極化饋電口呈正交布置； 輻射波導(dǎo)的輻射口處設(shè)有介質(zhì)罩； 所述饋電部分實現(xiàn)兩個以上頻段雙極化的饋電，所述電磁輻射部分實現(xiàn)兩個以上頻段多個極化共口徑。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多頻段雙極化大功率饋源，其特征在于: 所述高頻段波導(dǎo)為圓管狀波導(dǎo)或方管狀波導(dǎo)； 所述低頻段波導(dǎo)由圓管狀的低頻傳輸波導(dǎo)和圓錐臺狀的變換段波導(dǎo)軸向連接組成，或方管狀的低頻傳輸波導(dǎo)和方錐臺狀的變換段波導(dǎo)軸向連接組成，變換段波導(dǎo)的大直徑端連接著低頻傳輸波導(dǎo)的一端，變換段波導(dǎo)的小直徑端連接著高頻段波導(dǎo)的一端； 所述電磁輻射部分為開口方管波導(dǎo)或圓管波導(dǎo)或方形喇叭狀波導(dǎo)或脊喇叭狀波導(dǎo)，電磁輻射部分的小直徑端連接著低頻傳輸波導(dǎo)的另一端，電磁輻射部分的大直徑端連接著介質(zhì)罩。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多頻段雙極化大功率饋源，其特征在于: 所述高頻段水平極化饋電口為矩形饋電口，且矩形饋電口由矩形漸變?yōu)閳A形或方形； 所述高頻段垂直極化饋電口為矩形饋電口； 所述低頻段水平極化饋電口為矩形饋電口 ； 所述低頻段垂直極化饋電口為矩形饋電口。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多頻段雙極化大功率饋源，其特征在于:所述高頻段波導(dǎo)上設(shè)有一個以上的同軸口，用于傳輸不同頻段的信號。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多頻段雙極化大功率饋源，其特征在于:所述低頻傳輸波導(dǎo)上設(shè)有一個以上的同軸口，用于傳輸不同頻段的信號。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多頻段雙極化大功率饋源，其特征在于:所述輻射波導(dǎo)的輻射口的內(nèi)壁上均布設(shè)有兩條以上凸脊或兩塊以上加階梯塊。
【文檔編號】H01Q19/17GK105958205SQ201610454978
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月20日
【發(fā)明人】湯艷燕
【申請人】中國電子科技集團公司第三十八研究所