CN105896089A - 一体化圆极化天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种一体化圆极化天线，用于采用一体化圆极化结构，获得宽带、轻量化的天线，其包括：馈源、馈电波导、销钉、和波导法兰，其中，馈源、馈电波导、和波导法兰为一体化结构，无需紧固件辅助连接装配。因此，本发明所提出的一体化圆极化天线，实现了宽带、轻量化等性能，同时具有结构简单、刚度好、可靠性高等优点。

Description

一体化圆极化天线

技术领域

本发明属于天线与微波技术领域，涉及航天飞行器天线技术，具体地，涉及一种一体化圆极化天线，用于采用一体化圆极化结构，获得宽带、轻量化的天线。

背景技术

圆极化天线是常见的天线类型，在较低的工作频段，例如UHF波段、L波段、S波段，一般采用螺旋天线、微带天线等线天线来实现；而在较高的工作频段，例如C波段、X波段、Ku波段、Ka波段，由于波长很短，不再适宜选用线天线的形式，或者线天线的使用会受到功率容量、带宽等诸多因素的限制，而一般采用喇叭天线来实现。

喇叭天线属于面天线的一种，通过喇叭口面上的电磁场形成辐射。圆极化喇叭天线一般包括：喇叭、圆极化器、方圆变换段等，结构较为复杂，且各部分都是独立的零件，通过机械连接装配组合在一起，连接结构、纵向尺寸、质量都较大，不利于天线的应用。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种结构一体化圆极化天线，以及实现宽带、轻量化等性能，同时具有结构简单、刚度好、可靠性高等优点。

本发明提供了一种一体化圆极化天线，用于采用一体化圆极化结构，获得宽带、轻量化的天线，其包括：馈源、馈电波导、销钉、和波导法兰，其中，馈源、馈电波导、和波导法兰为一体化结构，无需紧固件辅助连接装配。

具体地，馈源由喇叭、扼流圈、和极化齿组成，其中，馈源上还开有用于使销钉***的销钉孔，并且其内部还具有圆波导。

喇叭具有两个过其旋转对称轴并互相正交的两个参考面。极化齿所在的平面与两个参考面中一个成预定角度，其中，当预定角度为45°时，馈源辐射右旋圆极化电磁波，而当预定角度为135°时，馈源辐射左旋圆极化电磁波。

根据所要实现的圆极化类型，销钉孔位于其中一个参考面内。圆波导的内径尺寸能够仅传输圆波导TE11模电磁波。销钉穿过销钉孔与馈源固定在一起。

波导法兰的接口尺寸为标准波导法兰或专用接口的尺寸。馈电波导为标准矩形波导，并且其长边和短边的尺寸符合预定标准或为基于工作频率设定的值。

因此，与现有技术相比，本发明所提出的一体化圆极化天线，实现了宽带、轻量化等性能，同时具有结构简单、刚度好、可靠性高等优点。

附图说明

图1为根据本发明的结构一体化圆极化天线的外形图；

图2为本发明具体实施方式所涉及的馈源的剖面图；以及

图3为本发明具体实施方式所涉及的销钉的装配剖面图。

具体实施方式

应了解，本发明的结构一体化圆极化天线主要由馈源、馈电波导、销钉组成，其上带有波导法兰。馈源部分由喇叭、圆极化器、矩圆变换结构一体化构成，实现了宽带、轻量化等性能，同时具有结构简单、刚度好、可靠性高等优点，可用于航天器机械可移波束天线。

下面结合附图1-3及具体实施方式对本发明进行详细说明。

如图1所示，结构一体化圆极化天线由馈源1、馈电波导2、销钉3组成，其上带有波导法兰4，馈源1与馈电波导2、波导法兰4为一体化结构，无需紧固件连接装配。

馈源1由喇叭9，扼流圈10、极化齿11组成，上开有销钉孔12，内部具有圆波导8。喇叭9以轴线5为旋转对称轴，并具有两个过轴线5、互相正交的参考面E面6和H面7。销钉孔12位于E面6内。极化齿11所在平面与E面6成角度T。当T＝45°时，馈源1辐射右旋圆极化电磁波；当T＝135°时，馈源1辐射左旋圆极化电磁波。圆波导8的内径尺寸仅能传输圆波导TE11模电磁波。馈电波导2为标准矩形波导，其长边、短边尺寸符合国家标准或者为按照工作频率设定的值。波导法兰4的接口尺寸为标准波导法兰尺寸或专用的接口尺寸。销钉3穿过销钉孔12，并与馈源1固定。

应注意，要实现一种结构一体化圆极化天线，具体应考虑从如下几个方面来实现：

1、电设计约束条件

首先，确定喇叭9的口径尺寸(直径)：一般约束为在角度A上增益跌落LdB，按照进行馈源方向图拟合：

Dir(θ)＝2(q+1)cos^qθ (1)

由此可得出：

$q=\frac{L}{101g\cos A}---\left(2\right)$

根据辐射口径和增益的关系，得出馈源口径尺寸：

$D_f\≈\frac{\mathrm{\λ}}{\mathrm{\π}}\sqrt{2(q+1)}---\left(3\right)$

接下来，确定圆波导8内径。一般使圆波导工作在主模(即仅能传输圆波导TE11模)传输区，设工作频率在自由空间的波长为入，则圆波导内径d应满足如下条件：

0.5861λ＜d＜0.764λ (4)

然后，确定极化齿11间距S，一般以工作频率自由空间波长的1/4为初值进行优化设计。确定极化齿11间隙D、边长t，均通过优化设计确定。具体地，极化齿11的数量为5～7个，通过优化设计确定。

接下来，确定销钉3安装位置，通过优化设计确定。馈电波导2为标准矩形波导，其长边、短边尺寸符合国家标准或者为按照工作频率设定的值。波导法兰4的尺寸为标准波导法兰尺寸或专用的接口尺寸。

2、结构设计

首先，馈源1、馈电波导2为一体化结构，无需紧固件连接装配。在馈电波导2末端设有馈源安装座接口4，用于提供对外连接接口。销钉3穿过销钉孔12，与馈源1固定。

综上所述，采用本发明的技术方案，实现了宽带、轻量化等性能，同时具有结构简单、刚度好、可靠性高等优点。

本发明中未说明部分属于本领域的公知技术。

Claims (9)

1.一种一体化圆极化天线，用于采用一体化圆极化结构，获得宽带、轻量化的天线，其特征在于，包括：馈源、馈电波导、销钉、和波导法兰，

其中，所述馈源、所述馈电波导、和所述波导法兰为一体化结构，无需紧固件辅助连接装配。

2.根据权利要求1所述的一体化圆极化天线，其特征在于，所述馈源由喇叭、扼流圈、和极化齿组成，

其中，所述馈源上还开有用于使所述销钉***的销钉孔，并且其内部还具有圆波导。

3.根据权利要求2所述的一体化圆极化天线，其特征在于，所述喇叭具有过其旋转对称轴并互相正交的两个参考面。

4.根据权利要求3所述的一体化圆极化天线，其特征在于，所述极化齿所在的平面与所述两个参考面中一个成预定角度，

其中，当所述预定角度为45°时，所述馈源辐射右旋圆极化电磁波，而当所述预定角度为135°时，所述馈源辐射左旋圆极化电磁波。

5.根据权利要求4所述的一体化圆极化天线，其特征在于，根据待实现的圆极化类型，所述销钉孔位于一个参考面内。

6.根据权利要求2所述的一体化圆极化天线，其特征在于，所述圆波导的内径尺寸仅能够传输所述圆波导TE11模电磁波。

7.根据权利要求2所述的一体化圆极化天线，其特征在于，所述销钉穿过所述销钉孔与所述馈源固定在一起。

8.根据权利要求1所述的一体化圆极化天线，其特征在于，所述波导法兰的接口尺寸为标准波导法兰或专用接口的尺寸。

9.根据权利要求1所述的一体化圆极化天线，其特征在于，所述馈电波导为标准矩形波导，并且其长边和短边的尺寸符合预定标准或为基于工作频率设定的值。