CN110277635B - 三频多极化导航测控天线馈源 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种三频多极化导航测控天线馈源，其包括双频双圆极化导航测控天线馈源和环形天线。其中，双频双圆极化导航测控天线馈源包括同轴多环波导喇叭天线、隔板式圆极化器和同轴波导转换器，双频双圆极化导航测控天线馈源用于发射和接收L和S双频、左旋和右旋双圆极化波。环形天线包括：同轴线，与超高频无线电波发射机连接，用于输出需要发射的超高频无线电波信号；导电圆环，与同轴线连接，用于发射从同轴线传输过来的超高频无线电波信号，将超高频无线电波信号均匀传输到抛物面天线上；以及支撑杆，与同轴多环波导喇叭天线连接，用于支撑同轴线和导电圆环。

Description

三频多极化导航测控天线馈源

技术领域

本公开涉及一种天线馈源，尤其涉及一种三频多极化导航测控天线馈源。

背景技术

由于卫星载荷的发展，特别是全球卫星搜救载荷的需求，目前的导航测控天线已经由原来的L波段单频向L、S、UHF(超高频率)波段三频，单圆极化向双圆极化、线极化等形式发展。导航卫星的使用离不开地面导航测控天线。由于频率低、增益要求高，地面测控天线一般使用抛物面天线，其核心为天线馈源。而传统的测控天线馈源往往多为单频单圆极化，这样对卫星载荷而言，往往需要多副天线才能满足对整体载荷测控任务，增加了对场地、人员的要求。

传统馈源有两种类型，微带型和振子型天线。微带型天线具有集成度较高、成本低、体积小和重量轻的特点。但是在微波频段由于介质板材的特性，最后天线损耗大、带宽窄(一般不超过10％)，往往只能点频使用。

而振子型天线主要利用单元振子作为馈源的辐射单元，避免了微带天线介质带来的损耗，因此馈源效率较高。但振子单元自身的带宽有限，且辐射方向图的轴对称性不好，造成极化鉴别率不高。

上述两种馈源都采用了线极化合成的原理，后端还需要加入功分器和90度移相器，进一步制约了整体馈源的性能，往往只能单频单极化使用。难以满足L、S同时高性能测控天线的要求——频率1.5～2.2GHz，具备同时双圆极化，轴比要求小于1.5dB。

此外对于全球搜救卫星载荷的测控，需要地面天线具备超高频率(UHF)线极化波(频率405MHz，线极化，100W)的发射能力。

随着微波技术的发展，特别是宽带圆极化器和辐射器的波导型馈源设计技术的成熟，使得同时覆盖L、S频段的宽带圆极化器测控天线成为可能。综合采用宽带隔板式圆极化器、同轴多环波导喇叭天线、同轴波导转换器技术，保证了天线的匹配带宽和辐射效率，形成了一种高度集成的双圆极化L、S双频测控抛物面天线。

发明内容

为了解决至少一个上述技术问题，本公开提供了一种三频多极化导航测控天线馈源，其包括双频双圆极化导航测控天线馈源和环形天线。其中，双频双圆极化导航测控天线馈源包括同轴多环波导喇叭天线、隔板式圆极化器和同轴波导转换器，双频双圆极化导航测控天线馈源用于发射和接收L和S双频、左旋和右旋双圆极化波。环形天线包括：同轴线，与超高频无线电波发射机连接，用于输出需要发射的超高频无线电波信号；导电圆环，与同轴线连接，用于发射从同轴线传输过来的超高频无线电波信号，将超高频无线电波信号均匀传输到抛物面天线上；以及支撑杆，与同轴多环波导喇叭天线连接，用于支撑同轴线和导电圆环。

根据本公开的至少一个实施方式，导电圆环的两端分别与同轴线的内外导体相连。

根据本公开的至少一个实施方式，支撑杆设置在同轴多环波导喇叭天线的底面上。

根据本公开的至少一个实施方式，双频双圆极化导航测控天线馈源和导电圆环由非导电材料制成，并在表面涂覆导电材料。

根据本公开的至少一个实施方式，双频双圆极化导航测控天线馈源和导电圆环由导电材料制成。

根据本公开的至少一个实施方式，导电圆环的周长为0.45λ～0.48λ，导电圆环的外径为λ/12～λ/16，其中λ为环形天线的工作波长。

根据本公开的至少一个实施方式，支撑杆的高度为λ/6～λ/8。

根据本公开的至少一个实施方式，支撑杆由透波材料制成。

根据本公开的至少一个实施方式，同轴多环波导喇叭天线的直径为0.4λ～0.5λ。

根据本公开的至少一个实施方式，抛物面天线的直径为1.8m～10m。

附图说明

附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。

图1是根据本公开至少一个实施方式的三频多极化导航测控天线馈源的整体结构示意图。

图2是是根据本公开至少一个实施方式的三频多极化导航测控天线馈源的同轴多环波导喇叭天线的轴测图。

图3是是根据本公开至少一个实施方式的三频多极化导航测控天线馈源的同轴多环波导喇叭天线的俯视图。

图4是是根据本公开至少一个实施方式的三频多极化导航测控天线馈源同轴多环喇叭天线的主视图。

图5是根据本公开至少一个实施方式的三频多极化导航测控天线馈源的***图。

图6是根据本公开至少一个实施方式的三频多极化导航测控天线馈源中环形天线的俯视图。

图7是根据本公开至少一个实施方式的三频多极化导航测控天线馈源中导电圆环和同轴线的轴测图。

图8是根据本公开至少一个实施方式的三频多极化导航测控天线馈源中导电圆环和同轴线的连接示意图。

图9是是根据本公开至少一个实施方式的三频多极化导航测控天线馈源与抛物面天线进行组装的整体示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开。

对于为进一步扩展对全球搜救卫星载荷的测控能力，需要在双频双圆极化导航测控天线馈源的基础上增加UHF波段、线极化的馈源大功率发射功能。为了提高集成度，本公开在前述的同轴多环波导喇叭天线的基础上，通过在背板上增加环形天线，在不影响L、S原馈源性能的基础上，扩展形成了一种高度集成的双圆极化LS、线极化UHF三频测控抛物面天线馈源。

在本公开的至少一个实施方式中，本公开提供了一种三频多极化导航测控天线馈源，其包括双频双圆极化导航测控天线馈源和环形天线。

如图1所示，双频双圆极化导航测控天线馈源包括隔板式圆极化器1、同轴多环波导喇叭天线2和同轴波导转换器3，双频双圆极化导航测控天线馈源用于发射和接收L和S双频、左旋和右旋双圆极化波。

其中，同轴多环波导喇叭天线2包括圆波导21和同轴多环外壁22(见图2、图3和图4)。由于环形天线4辐射方向为空间全向，为进一步提高辐射效率，将通过同轴多环外壁22对环形天线4的后向辐射进行反射抑制。同时，该部件还为环形天线4的安装提供支撑。

隔板式圆极化器沿轴向依次包括：方形波导，与圆波导21相连；隔板阶梯，位于方形波导的中轴线上；隔板式圆极化器能够实现L和S双频、左旋和右旋双圆极化以及收发共用的功能。

同轴波导转换器包括：矩形波导和同轴探针，同轴探针用于将矩形波导内的电磁波转换为同轴线的信号，便于与后端连接。

环形天线4被叠在双频双圆极化导航测控天线馈源的同轴多环波导喇叭天线2的前部。具体地，如图5所示，环形天线4包括：同轴线42，与超高频无线电波发射机连接，用于输出需要发射的超高频无线电波信号；导电圆环41，与同轴线连接，用于发射从同轴线传输过来的UHF波段信号，将电磁波均匀传输到抛物面天线上；以及支撑杆43，与同轴多环波导喇叭天线连接，用于支撑同轴线和导电圆环。环形天线4还包括同轴线法兰44(见图6)。

导电圆环41的两端分别与同轴线42的内外导体相连(见图6和图7)，连接的方式可以采用焊接。

支撑杆43设置在同轴多环波导喇叭天线2的底面上。

为了保证批量生产性，本公开提供的天线馈源的隔板式圆极化器1、同轴多环波导喇叭天线2、同轴波导转换器3和环形天线4均可由非导电材料制成，并且在塑料表面涂覆导电材料。但是，为了保证好的电气性能，本公开的隔板式圆极化器1、同轴多环波导喇叭天线2、同轴波导转换器3和环形天线4也可由导电材料精密加工制成。根据本公开的至少一个实施例，这些部件可由塑料制成，并在表面涂覆导电金属，或者直接由金属材料加工而成。

如图6所示，UHF发射机信号通过同轴线42将信号传输到导电圆环41上，通过导电圆环41转化为线极化波对空间辐射。上述导电圆环41通过四个支撑杆43安装于同轴多环外壁22上，其一方面为导电圆环41提供支撑，另一方面将前述的导电圆环42的后向辐射进行反射，进一步提高环形天线4的辐射效率。

如图9所示，由于环形天线4安装在抛物面天线5的焦点上，所以抛物面天线5对环形天线4的电磁波进行反射，形成平面波向前辐射，形成高增益的天线波束。抛物面天线的直径为1.8m～10m。

如图1所示，由于该环形天线4外形为圆形，且直径较大，距离同轴多环波导喇叭天线2的圆波导口较远，因此对其中传输的L、S波段的圆极化信号无影响。

如上所述，本公开天线的环形天线被设计成由导电圆环41、同轴线42、同轴多环波导喇叭天线2接合在一起的堆叠结构。这样做的优点为，虽然整体天线馈源结构比较复杂，但通过分体方法能够容易地制造和安装，而且整体天线馈源的结构集成度较高。与使用介电材料的微带型或振子型天线馈源相比，根据本公开制造的天线在带宽、信号传输效率、功率容量和增益上都较高。

下面以一个具体的优选实施例，详细说明本公开提供的双频双圆极化导航测控天线馈源的具体参数以及技术效果。然而，所选的实施例仅用于说明本公开，而不限制本公开的范围。

以全球搜救卫星频率405MHz为例进行说明，为保证环形天线4的辐射效率，导电圆环41的周长一般取为0.45～0.48λ(λ为天线的工作波长)。导电圆环41的外径与环形天线4的效率和带宽相关，一般取为λ/12～λ/16。为了保证导电圆环41不对后端同轴多环波导喇叭天线2在L、S频段的正常工作造成影响，同时保证同轴多环外壁22在UHF波段对405MHz信号的后向辐射的抑制，支撑杆43一般为λ/6～λ/8之间。支撑杆43的材料一般选择透波材料，例如聚碳酸酯(PC)、聚四氟乙烯等透波性能好的材质。同轴多环外壁22的外径影响对环形天线4后向辐射的抑制，外径过小则抑制能力不足，过大则会对抛物面天线造成遮挡，必须折中选择，其直径一般选为0.4～0.5λ。为了保证连续波大于100W的功率容量，同轴线42选择优质50欧姆N性带法兰同轴电缆。上述支撑杆43和同轴线42均通过螺钉方式与后端同轴多环波导喇叭天线2进行连接。抛物面天线5选择直径为2.4米的金属抛物面天线。上述参数选择情况下整体抛物面天线5的增益大于20.1dB，效率约55％。

对于为进一步扩展对全球搜救卫星载荷的测控能力，需要在双频双圆极化导航测控天线馈源的基础上增加UHF波段、线极化的馈源功能。本公开的天线馈源通过集成环形天线4，在不影响后端同轴多环波导喇叭天线L、S波段的电磁波的情况下，增加了天线的大功率UHF发射测控能力。在提高整体天线的集成度的同时，提高了天线的辐射效率，保证了天线的匹配带宽和辐射效率，形成了一种高度集成的L、S、UHF三频多极化测控抛物面天线馈源。与传统天线相比，该天线既提高了整体天线性能，又实现了三频、双圆和线极化使用，替代了以前分离的三副甚至五副天线的功能，是一种新型的具有低成本、低损耗、集成度高、极化鉴别率高、轴比特性好的导航测控天线，具有广阔的军、民用前景。

本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。

Claims (10)

1.一种三频多极化导航测控天线馈源，其特征在于，所述三频多极化导航测控天线馈源包括：

双频双圆极化导航测控天线馈源，所述双频双圆极化导航测控天线馈源包括同轴多环波导喇叭天线、隔板式圆极化器和同轴波导转换器，所述双频双圆极化导航测控天线馈源用于发射和接收L和S双频、左旋和右旋双圆极化波；以及

环形天线，所述环形天线包括：

同轴线，所述同轴线与超高频无线电波发射机连接，用于输出需要发射的超高频无线电波信号；

导电圆环，所述导电圆环与所述同轴线连接，用于发射从所述同轴线传输过来的所述超高频无线电波信号，将所述超高频无线电波信号均匀传输到抛物面天线上；以及

支撑杆，所述支撑杆与所述同轴多环波导喇叭天线连接，用于支撑所述同轴线和所述导电圆环。

2.根据权利要求1所述的三频多极化导航测控天线馈源，其特征在于，所述导电圆环的两端分别与所述同轴线的内外导体相连。

3.根据权利要求1所述的三频多极化导航测控天线馈源，其特征在于，所述支撑杆设置在所述同轴多环波导喇叭天线的底面上。

4.根据权利要求1所述的三频多极化导航测控天线馈源，其特征在于，所述双频双圆极化导航测控天线馈源和所述导电圆环由非导电材料制成，并在表面涂覆导电材料。

5.根据权利要求1所述的三频多极化导航测控天线馈源，其特征在于，所述双频双圆极化导航测控天线馈源和所述导电圆环由导电材料制成。

6.根据权利要求1所述的三频多极化导航测控天线馈源，其特征在于，所述导电圆环的周长为0.45λ～0.48λ，所述导电圆环的外径为λ/12～λ/16，其中λ为所述环形天线的工作波长。

7.根据权利要求6所述的三频多极化导航测控天线馈源，其特征在于，所述支撑杆的高度为λ/6～λ/8。

8.根据权利要求7所述的三频多极化导航测控天线馈源，其特征在于，所述支撑杆由透波材料制成。

9.根据权利要求8所述的三频多极化导航测控天线馈源，其特征在于，所述同轴多环波导喇叭天线的直径为0.4λ～0.5λ。

10.根据权利要求9所述的三频多极化导航测控天线馈源，其特征在于，所述抛物面天线的直径为1.8m～10m。

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