一种适用于火星探测的小型宽频圆极化馈源制造技术

一种适用于火星探测的小型宽频圆极化馈源，涉及微波天线技术领域；包括馈电波导、圆极化器、内置介质和喇叭辐射段；其中，馈电波导为立方体结构；圆极化器轴向竖直固定安装在馈电波导的下表面；喇叭辐射段为中空圆筒状结构；喇叭辐射段轴向竖直固定安装在馈电波导的下表面，且喇叭辐射段套装在圆极化器的外壁；内置介质填充满圆极化器的内部；馈电波导内部设置有圆柱形凹槽；凹槽的开口方向竖直向下；实现馈电波导与圆极化器的连通；本发明专利技术提供了一种尺寸紧凑、具备防止火星尘进入的适用于火星着陆探测的单馈反射面宽带馈源。

A Small Broadband Circularly Polarized Feed for Mars Exploration

A small broadband circularly polarized feed suitable for Mars exploration involves the technical field of microwave antenna, including feeding waveguide, circular polarizer, built-in medium and horn radiation section, in which the feeding waveguide is cubic structure, the circular polarizer is axially vertically fixed on the lower surface of the feeding waveguide, the horn radiation section is hollow cylinder structure, and the horn radiation section is axially vertically fixed. It is mounted on the lower surface of the feed waveguide and the radiation section of the horn is mounted on the outer wall of the circular polarizer; the built-in medium is filled with the inside of the full circular polarizer; a cylindrical groove is arranged in the inner part of the feed waveguide; the opening direction of the groove is vertical downward; the communication between the feed waveguide and the circular polarizer is realized; the invention provides a compact size, which is suitable for Mars landing exploration with Mars dust prevention. Measured broadband feed for single-fed reflector.

【技术实现步骤摘要】
一种适用于火星探测的小型宽频圆极化馈源
本专利技术涉及一种微波天线
，特别是一种适用于火星探测的小型宽频圆极化馈源。
技术介绍
随着我国深空探测尤其是对火星着陆探测的任务的开展，着陆巡视器器上需要配备一副高增益天线用于同地球测控、通信以及同火星环绕人造卫星进行高速通信。以美国“好奇号”为代表的国外对火星着陆探测的任务高增益天线形式一般选取平面阵列天线形式(详见AnaOLEA等人撰写的《X-bandHighGainAntennaqualifiedforMarsatmosphere》，2010ProceedingsoftheFourthEuropeanConferenceonAntennasandPropagation)，该天线由于选取六边形的微带阵列形式，受限于馈电网络损耗，介质损耗等因素，天线辐射效率不高，覆盖区增益较低，且单机重量较重，无法满足未来我国火星着陆探测任务的需求。为实现高增益天线除了选取阵列天线形式以外，反射面天线形式也经常被选用，而喇叭天线常被作为反射面天线馈源，用来实现所需的照射锥削、圆极化等性能。庄建楼等人申请的《一体化圆极化天线》国家专利技术专利(专利申请号：201510036147.0)公开了一种新型结构一体化的圆极化天线，可以获得轻量化特性、高的可靠性以及较好的刚度。由于采用了销钉形式极化器，该专利技术实际设计的馈源带宽约为5％，虽然可以适当通过加多数量销钉适当提高带宽，但是首先提高有限，其次加多销钉数目会提高馈源长度尺寸。同时该种形式馈源为开放式结构，无法实现阻挡火星尘进入馈电系统，从而造成天线辐射性能的下降，所以此种形式的馈源尚不能满足火星探测任务需求。斯扬等人申请的《结构一体化圆极化馈源》国家专利技术专利(专利申请号：201510404036.0)公开了一种新型结构一体化圆极化馈源，获得高可靠性轻量化特性，该天线由输入波导、阻抗变换、圆极化器、喇叭辐射器，其中圆极化器采用了周期膜片形式圆极化器，这种形式的圆极化器虽然可以通过加多膜片可以提高带宽，同样也会增加纵向长度从而增大了反射面天线的包络尺寸。张小义等人申请的《一种高效同轴背腔喇叭馈源》技术专利(专利授权公告号：CN202977733U)公开了一种新型馈源，该馈源为了防止地球灰尘污染源的进入，在馈源口径处利用胶结密封介质盖实现密封。但是在火星极端恶劣工况下，尤其是热温度约-135℃～+120℃范围内，还要承受发射端、着陆段的高冲击、震动环境下仅用粘接胶进行粘接尚不能满足使用和可靠性的要求。一般的圆极化馈源通常包括：喇叭辐射段、圆极化器、方圆变换段、阻抗变换段、输入波导组成，结构较为复杂，馈源馈电的位置一般在后部，纵向尺寸也较大。这些因素都不利于馈源在正馈单反射面上的使用，目前公开的单馈反射面馈源目前也不能满足要求。目前存在的馈源天线存在的问题主要是：对于深空探测任务，由于距离远，初始发射轨道高，限于火箭自身的限制，对于星上配备的产品尺寸、重量要求极为苛刻。目前存在的馈源无法同时实现宽频带性能和小尺寸特性；同时考虑到火星表面恶劣的空间环境，尤其伴随火星大风下的火星尘会进入天线馈电系统中，造成辐射特性的恶化，对任务成败造成影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种适用于火星探测的小型宽频圆极化馈源，尺寸紧凑、具备防止火星尘进入的适用于火星着陆探测的单馈反射面宽带馈源。本专利技术的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：一种适用于火星探测的小型宽频圆极化馈源，包括馈电波导、圆极化器、内置介质和喇叭辐射段；其中，馈电波导为立方体结构；圆极化器轴向竖直固定安装在馈电波导的下表面；喇叭辐射段为中空圆筒状结构；喇叭辐射段轴向竖直固定安装在馈电波导的下表面，且喇叭辐射段套装在圆极化器的外壁；内置介质填充满圆极化器的内部。在上述的一种适用于火星探测的小型宽频圆极化馈源，所述的馈电波导内部设置有圆柱形凹槽；凹槽的开口方向竖直向下；实现馈电波导与圆极化器的连通。在上述的一种适用于火星探测的小型宽频圆极化馈源，所述的馈电波导还包括匹配负载；匹配负载为截面为三角形的板状结构；匹配负载尖角向下固定安装在馈电波导中凹槽的底部。在上述的一种适用于火星探测的小型宽频圆极化馈源，所述的圆极化器包括壳体和金属极化片；其中，壳体为中空锥柱形结构；壳体轴向竖直固定安装在馈电波导开口端的下表面；金属极化片竖直固定安装在壳体顶部的轴心位置，且金属极化片向上深入凹槽，金属极化片的顶端与馈电波导的顶部固定连接。在上述的一种适用于火星探测的小型宽频圆极化馈源，所述匹配负载与金属极化片垂直放置；且匹配负载的一边与金属极化片的侧壁贴合；匹配负载的另一边固定安装在馈电波导的顶部。在上述的一种适用于火星探测的小型宽频圆极化馈源，所述金属极化片为台阶板状结构；金属极化片的台阶数为4-8个。在上述的一种适用于火星探测的小型宽频圆极化馈源，所述壳体为方圆过渡一体化结构；壳体的轴向顶端截面为正方形；壳体的轴向底端的截面为圆形；轴向顶端与轴向底端之间的壳体侧壁，沿正方形轴向顶端的四个边向圆形轴向底端进行切削，形成4个切削面；切削面与圆形轴向底端的外边相切。在上述的一种适用于火星探测的小型宽频圆极化馈源，所述喇叭辐射段包括厄流圈和波导；其中，波导为中空柱状结构；波导套装在圆极化器的外壁；厄流圈为带有环形凹槽的环状结构；厄流圈开口竖直向下套装在波导的轴向底端。在上述的一种适用于火星探测的小型宽频圆极化馈源，所述波导的轴向底端向轴心方向设置有翻边，实现对圆极化器的轴向限位。在上述的一种适用于火星探测的小型宽频圆极化馈源，所述内置介质采用聚四氟乙烯聚酰亚胺材料。本专利技术与现有技术相比具有如下优点：(1)本专利技术将传统的隔板极化器和方圆过渡段一体化设计实现了具备方圆过渡的极化器，避免了传统的圆极化器+方圆转换段的两段式结构，减小了传统馈源的纵向尺寸；(2)本专利技术将圆极化器内置航天常用材料聚四氟乙烯，同时将辐射喇叭内置翻边实现了介质的前后限位保证了不会前后攒动；(3)本专利技术具备防尘特性的同时大幅缩小馈源横向和纵向尺寸，在降低天线包络的同时，减小了对反射面天线的遮挡效应，提高辐射性能；(4)本专利技术实现了宽带、轻量化、防尘等性能的同时具有结构简单、刚度好、可靠性高等优点。附图说明图1为本专利技术小型宽频圆极化馈源结构示意图；图2为本专利技术馈源结构沿y方向剖视图；图3为本专利技术金属极化片结构示意图；图4为本专利技术壳体结构示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细的描述：本专利技术提供了一款工作在7.0GHz～8.5GHz的频段范围内小型宽带防尘型馈源天线，在保证馈源在宽带性能的同时，实现了在纵向长度不大于90mm下，小型化、防尘化特性。将传统的隔板极化器和方圆过渡段一体化设计实现了具备方圆过渡的极化器，减小了传统馈源的纵向尺寸；同时将圆极化器内置航天常用材料聚四氟乙烯，同时将辐射喇叭内置翻边实现了介质的前后限位保证了不会前后攒动，实现了具备防尘特性的同时大幅缩小馈源横向和纵向尺寸，在降低天线包络的同时，减小了对反射面天线的遮挡效应，提高辐射性能。如图1所示为小型宽频圆极化馈源结构示意图，由图可知，一种适用于火星探测的小型宽频圆极化馈源，包括馈电波导1、圆极化器2、内置介质3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于火星探测的小型宽频圆极化馈源，其特征在于：包括馈电波导(1)、圆极化器(2)、内置介质(3)和喇叭辐射段(4)；其中，馈电波导(1)为立方体结构；圆极化器(2)轴向竖直固定安装在馈电波导(1)的下表面；喇叭辐射段(4)为中空圆筒状结构；喇叭辐射段(4)轴向竖直固定安装在馈电波导(1)的下表面，且喇叭辐射段(4)套装在圆极化器(2)的外壁；内置介质(3)填充满圆极化器(2)的内部。

【技术特征摘要】
1.一种适用于火星探测的小型宽频圆极化馈源，其特征在于：包括馈电波导(1)、圆极化器(2)、内置介质(3)和喇叭辐射段(4)；其中，馈电波导(1)为立方体结构；圆极化器(2)轴向竖直固定安装在馈电波导(1)的下表面；喇叭辐射段(4)为中空圆筒状结构；喇叭辐射段(4)轴向竖直固定安装在馈电波导(1)的下表面，且喇叭辐射段(4)套装在圆极化器(2)的外壁；内置介质(3)填充满圆极化器(2)的内部。2.根据权利要求1所述的一种适用于火星探测的小型宽频圆极化馈源，其特征在于：所述的馈电波导(1)内部设置有圆柱形凹槽(11)；凹槽(11)的开口方向竖直向下；实现馈电波导(1)与圆极化器(2)的连通。3.根据权利要求2所述的一种适用于火星探测的小型宽频圆极化馈源，其特征在于：所述的馈电波导(1)还包括匹配负载(12)；匹配负载(12)为截面为三角形的板状结构；匹配负载(12)尖角向下固定安装在馈电波导(1)中凹槽(11)的底部。4.根据权利要求3所述的一种适用于火星探测的小型宽频圆极化馈源，其特征在于：所述的圆极化器(2)包括壳体(21)和金属极化片(22)；其中，壳体(21)为中空锥柱形结构；壳体(21)轴向竖直固定安装在馈电波导(1)开口端的下表面；金属极化片(22)竖直固定安装在壳体(21)顶部的轴心位置，且金属极化片(22)向上深入凹槽(11)，金属极化片(22)的顶端与馈电波导(1)的顶部固定连接。5.根据权利要求4所述的一种适用于火星探测的小型宽频圆极化馈源，其特征在于：所述匹配负载...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志佳，段江年，孙大媛，庄建楼，侯沁芳，王晓天，王晓蕾，董楠，
申请(专利权)人：北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：北京,11