CN110661103A - 一种x频段低栅瓣圆极化天线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种X频段低栅瓣圆极化天线，由长喇叭天线和隔板极化器组成。长喇叭天线采用金属隔板的多内腔设计，通过在辐射口面处填充介质材料，来改善口径场分布，从而提高天线增益、口径效率、保证较窄的方向图零点宽度，提高栅瓣抑制能力。长喇叭天线采用波导级联方式通过法兰与隔板极化器连接，隔板极化器是中间位置配有金属隔板的方波导，通过金属隔板将方波导分割成两个矩形波导，即形成发射和接收通道，两个矩形波导的导口采用阶梯阻抗变换器实现同轴波导转换。本发明一种X频段低栅瓣圆极化天线采用波导作为主体结构，简化了结构设计的复杂度，减少了链路损耗，提高了阵面口径的利用效率，提高了后期装配生产和设备调试效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种X频段低栅瓣圆极化天线。属于天线技术领域。
背景技术
对于大间距阵列天线栅瓣抑制技术的研究分析，国内外发展非常迅速，一般集中在阵面排列方法上，可以采用周期或非周期排列方式。对大单元间距天线阵方案，如采取周期排列方式，阵列合成方向图将在真实空间出现栅瓣，且随着扫描角度的增加，栅瓣电平也会随之增加，故对有源子阵可采用非周期排列，可以有效地降低栅瓣电平。有源子阵是由多个天线组成，要求每个天线必须具有较高的天线增益，组合后才能有效抑制阵列栅瓣。
传统喇叭天线或抛物面天线，具有物理口径大，增益高的特点，但是作为阵列单元应用时存在口径效率低下和栅瓣抑制能力有限的困难。一般标准增益喇叭天线或抛物面天线，由于其口面场相位和幅度分布的不均匀，口径效率较低，约50～60％。一般标准增益喇叭天线或抛物面天线由于口径场分布不均匀，其方向图的零点宽度较宽，位于阵因子方向图的栅瓣位置以外，不能有效抑制阵列栅瓣。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种X频段低栅瓣圆极化天线，采用长喇叭提高增益和口径效率，通过在辐射口面处填充人造介质材料，改善口径场分布，采用金属隔板的多内腔设计，提高阵列综合栅瓣抑制能力；采用波导级联方式与隔板极化器连接，实现圆极化信号形成和反馈功能。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种X频段低栅瓣圆极化天线，它由相互连接的长喇叭天线和隔板极化器组成，所述长喇叭天线包括依次连接的馈电方波导、喇叭波导和辐射口面，所述馈电方波导为标准波导，用于实现隔板极化器收发信号的耦合、转换，馈电方波导远离天线口面一侧装有法兰用于与隔板极化器连接，另一侧与喇叭波导的小口径连接，所述辐射口面位于喇叭波导的大口径处作为为长喇叭天线的喇叭口处；所述隔板极化器包括金属隔板、发射端口、发射阻抗变换器、接收端口和接收阻抗变换器，所述隔板极化器为标准方波导，是一个三端口网络，分别为发射端口、接收端口和敞开波导口，敞开波导口带有法兰与长喇叭天线连接；所述金属隔板位于隔板极化器的中间位置，将隔板极化器分为两个矩形波导，即形成发射圆极化形成区和接收圆极化传输区，所述发射端口和接收端口分别与发射阻抗变换器、接收阻抗变换器相连，且位于金属隔板两侧，所述金属隔板远离发射端口和接收端口的一面为阶梯面，使得从发射端口输入的模式信号经过金属隔板后产生正交的模式圆极化信号，从隔板极化器敞开波导口输入的模式信号经过金属隔板后产生正交的模式圆极化信号。
优选地，所述喇叭波导内部有两块相互垂直的隔板，将长喇叭天线由一个辐射体变为四个辐射体，两块隔板为十字交叉。
优选地，所述辐射口面填充聚四氟乙烯介质，改善口径场分布，提高喇叭口径效率。
优选地，所述发射端口和接收端口为标准SMA端口，用于输入或输出射频信号。优选地，所述发射阻抗变换器和接收阻抗变换器为阶梯形状，通过仿真、优化、调整台阶的高度和长度，实现发射、接收阻抗匹配。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的长喇叭天线采用金属隔板的多内腔设计，通过在辐射口面处填充介质材料，来改善口径场分布，从而提高天线增益、口径效率、保证较窄的方向图零点宽度，提高栅瓣抑制能力。长喇叭天线采用波导级联方式通过法兰与隔板极化器连接，隔板极化器是中间位置配有金属隔板的方波导，通过金属隔板将方波导分割成两个矩形波导，即形成发射和接收通道，两个矩形波导的导口采用阶梯阻抗变换器实现同轴波导转换。本发明一种X频段低栅瓣圆极化天线采用波导作为主体结构，简化了结构设计的复杂度，减少了链路损耗，提高了阵面口径的利用效率，提高了后期装配生产和设备调试效率。具体包括以下有益效果：
(1)高增益：通过波导级联，降低损耗；通过喇叭天线的隔板使得天线口面幅相分布均匀，提高天线增益。
(2)低轴比：通过一体化设计优化，圆极化器实现轴比低于1.1dB。
(3)高集成：通过一体化设计，提高了集成度，结构简单，组装调试简单。
附图说明
图1为本发明X频段低栅瓣圆极化天线中的天线整体结构图。
图2为本发明X频段低栅瓣圆极化天线中的长喇叭天线结构图。
图3为本发明X频段低栅瓣圆极化天线中的长喇叭天线正视尺寸图。
图4为本发明X频段低栅瓣圆极化天线中的长喇叭天线隔板辐射口面位置的尺寸图。
图5为本发明X频段低栅瓣圆极化天线中的长喇叭天线隔板方波导位置的尺寸图。
图6为本发明X频段低栅瓣圆极化天线中的隔板极化器结构图。
图7为本发明X频段低栅瓣圆极化天线中的天线增益测试图。
图8为本发明X频段低栅瓣圆极化天线中的天线3D方向图。
图9为本发明X频段低栅瓣圆极化天线中的天线轴比测试图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
参照图1-6所示，本实施例中涉及的一种X频段低栅瓣圆极化天线，功能是为大间距阵列天线提供栅瓣抑制能力，它由长喇叭天线1和隔板极化器2组成，其中：
所述长喇叭天线1包括馈电方波导1.1、喇叭波导1.2和辐射口面1.3，所述长喇叭天线1由标准喇叭天线演变，为了提高增益，对喇叭口进行了延伸处理，通过仿真按照最佳喇叭进行优化；所述馈电方波导1.1为标准波导，用于实现隔板极化器2收发信号的耦合、转换，即将隔板极化器2输出圆极化信号在此对喇叭口进行馈电，喇叭口接收的信号在此馈入隔板极化器2，馈电方波导1.1远离天线口面一侧装有法兰用于与隔板极化器2连接；所述喇叭波导1.2内部有两块相互垂直的隔板，将长喇叭天线1由一个辐射体变为四个辐射体，两块隔板为十字交叉，保证了单模传输，扩展了带宽，提高了增益；所述辐射口面1.3即为长喇叭天线1的喇叭口处，通过填充聚四氟乙烯介质，改善口径场分布，提高喇叭口径效率。
所述隔板极化器2包括金属隔板2.1、发射端口2.2、发射阻抗变换器2.3、接收端口2.4和接收阻抗变换器2.5，所述隔板极化器2为标准方波导，是一个三端口网络，即2个标准接口发射端口2.2和接收端口2.4、1个敞开波导口，波导口带有法兰用于与长喇叭天线1连接；所述金属隔板2.1位于隔板极化器2的中间位置，将隔板极化器2分为两个矩形波导，即形成发射圆极化形成区和接收圆极化传输区，远离发射端口2.2和接收端口2.4的一面为阶梯面，从发射端口2.2输入的TE10模式信号经过金属隔板2.1后产生正交的TE10和TE01模式圆极化信号，从隔板极化器2敞开波导口输入的TE10模式信号经过金属隔板2.1后产生正交的TE10和TE01模式圆极化信号；所述发射端口2.2和接收端口2.4为标准SMA端口，用于输入或输出射频信号，运用有限元分析、优化阶梯面每节台阶的高度、长度，实现隔离度和轴比要求；所述发射阻抗变换器2.3为阶梯形状，通过仿真、优化、调整台阶的高度和长度，实现发射阻抗匹配；所述接收阻抗变换器2.4为阶梯形状，通过仿真、优化、调整台阶的高度和长度，实现接收阻抗匹配。
所述的X频段低栅瓣圆极化天线中长喇叭天线和隔板极化器采用波导级联方式实现圆极化天线，结构简单，损耗小。
所述的X频段低栅瓣圆极化天线中采用金属十字隔板将长喇叭天线隔成四个小喇叭，提高喇叭口径效率，提高天线单元增益。
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。
仿真验证：
在HFSS中按照设计尺寸画出结构图，根据优化条件进行参数优化，最终结果如图7-9所示，在9.5GHz增益约为13.9dB，同带内轴比小于1.0，从3D方向图可见既满足空域扫描覆盖要求，又有较窄零点带宽。
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种X频段低栅瓣圆极化天线，它由相互连接的长喇叭天线和隔板极化器组成，其特征在于：所述长喇叭天线包括依次连接的馈电方波导、喇叭波导和辐射口面，所述馈电方波导为标准波导，用于实现隔板极化器收发信号的耦合、转换，馈电方波导远离天线口面一侧装有法兰用于与隔板极化器连接，另一侧与喇叭波导的小口径连接，所述辐射口面位于喇叭波导的大口径处作为为长喇叭天线的喇叭口处；所述隔板极化器包括金属隔板、发射端口、发射阻抗变换器、接收端口和接收阻抗变换器，所述隔板极化器为标准方波导，是一个三端口网络，分别为发射端口、接收端口和敞开波导口，敞开波导口带有法兰与长喇叭天线连接；所述金属隔板位于隔板极化器的中间位置，将隔板极化器分为两个矩形波导，即形成发射圆极化形成区和接收圆极化传输区，所述发射端口和接收端口分别与发射阻抗变换器、接收阻抗变换器相连，且位于金属隔板两侧，所述金属隔板远离发射端口和接收端口的一面为阶梯面，使得从发射端口输入的模式信号经过金属隔板后产生正交的模式圆极化信号，从隔板极化器敞开波导口输入的模式信号经过金属隔板后产生正交的模式圆极化信号。
2.根据权利要求1所述的一种X频段低栅瓣圆极化天线，其特征在于：所述喇叭波导内部有两块相互垂直的隔板，将长喇叭天线由一个辐射体变为四个辐射体，两块隔板为十字交叉。
3.根据权利要求1所述的一种X频段低栅瓣圆极化天线，其特征在于：所述辐射口面填充聚四氟乙烯介质，改善口径场分布，提高喇叭口径效率。
4.根据权利要求1所述的一种X频段低栅瓣圆极化天线，其特征在于：所述发射端口和接收端口为标准SMA端口，用于输入或输出射频信号。
5.根据权利要求1所述的一种X频段低栅瓣圆极化天线，其特征在于：所述发射阻抗变换器和接收阻抗变换器为阶梯形状，通过仿真、优化、调整台阶的高度和长度，实现发射、接收阻抗匹配。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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