CN114843786A - 一种星载赋形双圆极化喇叭天线 - Google Patents

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曹诞
张文
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Abstract

本发明涉及一种星载赋形双圆极化喇叭天线，该天线由波纹喇叭、圆极化器，以及射频连接器三部分组成。射频连接器安装于圆极化器侧壁，通过探针耦合形式将激励信号馈入圆极化器；圆极化器为采用阶梯型隔板将矩形腔体一分为二，左右腔体分别对应左右旋圆极化电场；波纹喇叭的馈电侧为圆波导形式，与圆极化器安装为一体；波纹喇叭的辐射侧由辐射喇叭和两组90度张角波纹槽组成，实现对辐射方向图的赋形，满足低轨卫星对于宽照射角的需求。整个天线尺寸小、剖面低，结构新颖、简单，具有良好的环境适应性，同时，具有高增益、宽波束、双圆极化的辐射特性。

Description

一种星载赋形双圆极化喇叭天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，特别是小型化、可赋形波束、双圆极化的星载天线技术领域。
背景技术
现有的波导圆极化天线中，均存在天线构成部件较多、尺寸较大、方向图赋形设计复杂，以及由此带来的加工难度大等问题。
如专利“一种波束赋形双圆极化天线”(申请号：202010213491.3)，天线采用正交模耦合器形式的圆极化器，在圆形波导腔内存在金属膜片，设计复杂；在圆极化器和喇叭天线之间存在矩圆变换段，在喇叭天线辐射端面设置有介质罩，通过介质罩的顶面刻蚀金属赋形环，实现对方向图的赋形，整个天线尺寸较大，设计繁琐，加工实现难度较大。
如专利“一种星载宽波束波纹喇叭天线”(申请号：202011238032.7)，天线采用膜片圆极化器，设计和加工难度较大，且极化形式单一，无法实现双圆极化；在极化器和同轴端口之间还存在波导同轴转换，导致天线尺寸较大，设计繁琐。
如专利“双圆极化、宽波束、高极化纯度介质的喇叭天线”(申请号：202010267402.3)，天线在辐射波导口内部添充聚酰亚胺减小波导口径，实现展宽波束的功能。该实现方式简单，但方向图形状单一，不能实现多种形状的赋形，且填充介质将会导致工作带宽变窄。
发明内容
要解决的技术问题
本发明解决的技术问题是：如何实现波导天线的小型化、双圆极化、方向图可赋形以及由此带来的加工难度大的问题。
技术方案
一种星载赋形双圆极化喇叭天线，其特征在于包括波纹喇叭、圆极化器和射频连接器，所述射频连接器安装于圆极化器侧壁，通过探针耦合形式将激励信号馈入圆极化器；所述圆极化器为采用阶梯型隔板将矩形腔体一分为二，左右腔体分别对应左右旋圆极化电场；波纹喇叭的馈电侧为圆波导形式，与圆极化器安装为一体；所述波纹喇叭的辐射侧由辐射喇叭和两组90度张角波纹槽组成，实现对辐射方向图的赋形。
本发明进一步的技术方案：所述辐射喇叭比波纹槽高出0.4λ0～0.5λ0，其中λ0为对应频率的空气波长。
本发明进一步的技术方案：所述圆极化器由矩形腔体、阶梯型隔板和腔体盖板三部分组成，阶梯型隔板位于矩形腔体的轴线方向，将矩形腔体一分为二，左右腔体分别对应左右旋圆极化电场，腔体盖板安装于矩形腔体上表面。
本发明进一步的技术方案：采用螺钉或者焊接的方式用腔体盖板将矩形腔体封闭。
本发明进一步的技术方案：所述射频连接器为带有探针形式的连接器，安装在圆极化器的左右两侧。
有益效果
本发明提出的一种星载赋形双圆极化喇叭天线，该天线由波纹喇叭、圆极化器，以及射频连接器三部分组成。射频连接器安装于圆极化器侧壁，通过探针耦合形式将激励信号馈入圆极化器；圆极化器为采用阶梯型隔板将矩形腔体一分为二，左右腔体分别对应左右旋圆极化电场；波纹喇叭的馈电侧为圆波导形式，与圆极化器安装为一体；波纹喇叭的辐射侧由辐射喇叭和两组90度张角波纹槽组成，实现对辐射方向图的赋形，满足低轨卫星对于宽照射角的需求。整个天线尺寸小、剖面低，结构新颖、简单，具有良好的环境适应性，同时，具有高增益、宽波束、双圆极化的辐射特性。相比现有技术优点在于：
1、本发明的波纹喇叭由辐射喇叭和两组90度张角波纹槽组成，可以实现方向图的赋形，具备宽波束辐射特性。
2、本发明的圆极化器采用阶梯型隔板将矩形腔体一分为二，左右腔体分别对应左右旋圆极化，设计简单，有效降低加工难度。
3、本发明的波纹喇叭与圆极化器之间不需要圆矩过度，圆极化器与射频连接器不需要波同转换，有效降低天线尺寸和加工复杂度。
4、本发明所有部件的固定方式可靠，结构简单、强度高，刚度好，具有很强的环境适应性。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本发明的天线整体结构示意图；
图2为本发明波纹喇叭结构示意图；
图3为射频连接器和圆极化器结构示意图；
图4为本发明天线端口驻波比结果图；
图5为本发明天线辐射方向图。
附图标记说明
1-波纹喇叭；11-辐射喇叭；12-波纹槽；2-圆极化器；21-矩形腔体；22-阶梯型隔板；23-腔体盖板；3-射频连接器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“内，外”通常是指相应物体轮廓的内和外。使用的方位词如“上下左右，前后”通常是指相应物体的上下左右和前后。
如图1所示，本发明提供一种星载赋形双圆极化喇叭天线，包括：
波纹喇叭1、辐射喇叭11、波纹槽12、圆极化器2、矩形腔体21、阶梯型隔板22、腔体盖板23、射频连接器3。从上到下，天线整体结构依次为波纹喇叭1、圆极化器2和射频连接器3。波纹喇叭1，所述波纹喇叭1的馈电侧为圆波导形式，辐射侧由辐射喇叭11和两组90度张角波纹槽12组成，实现对辐射方向图的赋形；圆极化器2，所述圆极化器2由矩形腔体21、阶梯型隔板22和腔体盖板23三部分组成，阶梯型隔板22位于矩形腔体21的轴线方向，将矩形腔体21一分为二，左右腔体分别对应左右旋圆极化电场，腔体盖板23安装于矩形腔体21上表面，共同构成圆极化器2；射频连接器3，所述射频连接器3为带有探针形式的连接器，安装在圆极化器2的左右两侧，通过耦合方式将电信号馈入圆极化器2。
进一步的，所述波纹喇叭1的馈电侧为圆波导结构，圆极化器2为矩形波导结构，两者直接连接固定；波纹喇叭1的辐射侧由辐射喇叭11和两组90度张角波纹槽12组成，辐射喇叭11比波纹槽12高出约0.4λ0～0.5λ0(λ0为对应频率的空气波长)。
更进一步的，所述圆极化器2由三部分组成，分别是矩形腔体21、阶梯型隔板22和腔体盖板23，阶梯型隔板22位于矩形腔体21中心，沿圆极化器2与波纹喇叭1的连接轴线方向；采用螺钉或者焊接的方式用腔体盖板23将矩形腔体21封闭。
更进一步的，所述射频连接器3安装在矩形腔体21的侧面，射频连接器3的尾部为金属探针。
本实施例中天线整体结构简单，至上而下分别由波纹喇叭1、圆极化器2，射频连接器3构成，每个器件之间采用螺钉安装，简单可靠，具备方向图赋形和双圆极化辐射特性。
优选的，波纹喇叭1和圆极化器2之间无需圆矩变换；
更优选的，圆极化器2和射频连接器3之间无需波同转换；
如图2所示，方向图赋形通过波纹喇叭1中辐射喇叭11和波纹槽12的异面结构实现，辐射喇叭比波纹槽高出约0.4λ0～0.5λ0；
优选的，可以增加波纹槽的数量，以及改变辐射喇叭11与波纹槽12的相对位置关系，实现各型方向图的赋形；
如图3所示，射频连接器3分别安装在矩形腔体21的侧壁，分别对应左右旋圆极化。
如图4所示，天线在典型频段的驻波比(VSWR≤2.0)带宽为22％；
如图5所示，天线在典型频点的3dB波束宽度为±65度。
本发明的工作原理如下：射频连接器3将射频信号馈入圆极化器2中产生左右旋圆极化电场，再通过波纹喇叭1将电磁信号按照特定的分布辐射到空间中。天线接收电磁波的过程与上述辐射电磁波的过程相反。
通过上述技术方案，本发明实现了一种小型化、双圆极化、方向图可赋形的天线，并极大简化天线设计复杂度和加工难度，具有很好的抗冲击、抗振动、抗辐照、抗热应力能力。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明其他各种可能的组合方式不再另行说明。工程技术人员可根据此发明权利要求书中的思想做具体的操作实施，自然也可以根据以上所述对实施方案做一系列的变更。上述这些都应视为本发明涉及的范围。

Claims (5)

1.一种星载赋形双圆极化喇叭天线，其特征在于包括波纹喇叭、圆极化器和射频连接器，所述射频连接器安装于圆极化器侧壁，通过探针耦合形式将激励信号馈入圆极化器；所述圆极化器为采用阶梯型隔板将矩形腔体一分为二，左右腔体分别对应左右旋圆极化电场；波纹喇叭的馈电侧为圆波导形式，与圆极化器安装为一体；所述波纹喇叭的辐射侧由辐射喇叭和两组90度张角波纹槽组成，实现对辐射方向图的赋形。
2.根据权利要求1所述的一种星载赋形双圆极化喇叭天线，其特征在于所述辐射喇叭比波纹槽高出0.4λ0～0.5λ0，其中λ0为对应频率的空气波长。
3.根据权利要求1所述的一种星载赋形双圆极化喇叭天线，其特征在于所述圆极化器由矩形腔体、阶梯型隔板和腔体盖板三部分组成，阶梯型隔板位于矩形腔体的轴线方向，将矩形腔体一分为二，左右腔体分别对应左右旋圆极化电场，腔体盖板安装于矩形腔体上表面。
4.根据权利要求3所述的一种星载赋形双圆极化喇叭天线，其特征在于采用螺钉或者焊接的方式用腔体盖板将矩形腔体封闭。
5.根据权利要求1所述的一种星载赋形双圆极化喇叭天线，其特征在于所述射频连接器为带有探针形式的连接器，安装在圆极化器的左右两侧。
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