一种SKA超宽带制冷小型化四脊喇叭馈源及其应用制造技术

一种SKA超宽带制冷小型化四脊喇叭馈源，包括圆锥喇叭、四脊圆波导、直波导、喇叭外壁、脊片、第一同轴探针、第二同轴探针、短路反射腔；四脊圆波导的一端与圆锥喇叭连接，另一端与短路背腔连接；脊片为四个，呈曲线凹陷形状，分别嵌入在圆锥喇叭和四脊圆波导内部；第一同轴探针和第二同轴探针分别从一个脊片插入，穿过四脊圆波导中心后到达相对位置的脊片；第一同轴探针和第二同轴探针采用多个匹配块级联分割成五个匹配段，通过调节各段的长度和宽度降低回波损耗；喇叭外壁加载在圆锥喇叭和四脊圆波导的外侧；短路反射腔位于直波导内，包括L型匹配块和切割倒圆锥台；该馈源工作频段为2.4‑24GHz，并研制出该馈源配套的制冷杜瓦。

A ska ultra wideband refrigeration miniaturized four ridge horn feed and its application

【技术实现步骤摘要】
一种SKA超宽带制冷小型化四脊喇叭馈源及其应用
本专利技术属于射电天文接收机
，特别涉及一种SKA超宽带制冷小型化四脊喇叭馈源。本专利技术还涉及一种SKA超宽带制冷小型化四脊喇叭馈源制冷杜瓦的天文应用。
技术介绍
平方公里阵(SKA)天线要求宽频带工作，目前多倍频程的反射面天线馈源主要形式有四脊喇叭馈源、Sinuous馈源和Eleven馈源，四脊喇叭馈源利用加脊波导截止波长较低的特性实现宽频带工作，主要特点是脊波导馈电，插入损耗较小，机械结构简单，引入噪声小，紧凑型好，易制冷。但目前的四脊喇叭馈源在应用中也存一些不足，如：Sinuous馈源，馈电结构复杂，且具有双向辐射特性，馈源的效率相对低；Eleven馈源相位中心恒定，方向图随频率变化不大，辐射机理是振子加反射板，馈电方式实现比较困难，插入损耗较大；工作在2.4-24GHz馈源杜瓦一体化研制国内外尚未完善，而且针对SKA大批量、超宽带的需求，目前执行的先进仪器项目宽带单波束馈源开展的是BandA低频段1.6-5.2GHz，BandB高频段4.6-24GHz两个馈源的研制工作，一个馈源不能实现宽频段覆盖，实际应用中需要经常更换馈源。在先专利申请CN201620282081.3记载了一种四脊喇叭宽带馈源天线，该馈源天线设计满足SKA射电天文望远镜的SKA1阶段中的反射面阵列天线Band3(1.65-3.05GHz)的低频段需求，实现了在全频段内反射损耗小于10dB，端口隔离度在整个频段内小于20dB，在E、H、45度三个面-10dB波束宽度变化小的天线性能。为正在开展的应用在SKA射电天文望远镜SKA1-MidArrayBand3提供了可能性的馈源选择。但该天线不能满足在SKA2阶段的先进仪器项目制冷10倍频(2.4-24GHz)以上(同时包括低频、高频)宽带馈源的需求。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种SKA超宽带制冷小型化四脊喇叭馈源，包括圆锥喇叭、四脊圆波导、直波导、喇叭外壁、脊片、第一同轴探针、第二同轴探针、短路反射腔；所述四脊圆波导的一端与圆锥喇叭连接，另一端与短路背腔连接；所述脊片为四个，呈曲线凹陷形状，分别嵌入在圆锥喇叭和四脊圆波导内部；所述第一同轴探针和所述第二同轴探针分别从一个脊片插入，穿过四脊圆波导中心后到达相对位置的脊片；第一同轴探针和第二同轴探针采用多个匹配块级联分割成五个匹配段，通过调节各段的长度和宽度降低回波损耗；所述喇叭外壁加载在圆锥喇叭和四脊圆波导的外侧；所述短路反射腔位于直波导内，包括L型匹配块和切割倒圆锥台，所述短路反射腔为圆柱体；该馈源工作频段为2.4-24GHz。其中，馈源外形整体尺寸为Φ170mm×187mm。其中，所述圆锥喇叭口径170mm，喇叭段长度142mm。其中，所述第一同轴探针和所述第二同轴探针采用多个匹配块级联的方式，同轴探针的内导体包括五个匹配段，所述五个匹配段依次长3.38mm、0.3mm、1.05mm、0.6mm、14.23mm，其中，第二、四匹配块内径为1mm，其余匹配块内径为0.8mm。其中，四脊圆波导口径49mm，长度39mm。其中，所述短路反射腔口径31mm、高17mm，切割倒圆锥台上底边口径31mm、下底边口径8mm、高11.3mm，L型匹配块总长48mm，厚度3mm。本专利技术还涉及一种制冷杜瓦，包括真空窗、杜瓦腔体、辐射罩、馈源及其支撑结构，所述辐射罩呈两端开口的筒状，设于杜瓦腔体内，所述馈源位于辐射罩内，馈源由四根支撑结构支撑，真空窗设于杜瓦腔体顶部，所述馈源采用上述的SKA超宽带制冷小型化四脊喇叭馈源。本专利技术技术方案具有以下技术效果：本专利技术的SKA超宽带制冷小型化四脊喇叭馈源，四脊内部的曲线凹陷设计，通过曲线扩张，改善口面场分布规律，改善方向图，使得相位中心更集中；第一同轴探针和第二同轴探针采用多个匹配块级联的方式，内导体分割成五个匹配段分别长3.38mm、0.3mm、1.05mm、0.6mm、14.23mm，消除了某个点的驻波不连续和实现四脊喇叭50欧阻抗匹配，进而实现宽带特性；通过在反射腔加梯形短路板，实现天线良好的匹配，获得较好的驻波特性。本专利技术的SKA超宽带制冷小型化四脊喇叭馈源，实现SKA超宽带10倍频程以上工作频段的喇叭馈源，工作在2.4-24GHz带宽、驻波低于-10dB、隔离度小于-25dB，方向图等化性较好，实测结果与仿真结果基本吻合，且馈源制冷后达物理温度50K以下，噪声温度小于1K，口径大小仅有170mm，减小了真空窗大小，降低了热损耗，减少了SKA接收机的重量；此小型化、紧凑性好、纵向尺寸较小的低噪声制冷接收机提高了望远镜灵敏度、从而开拓了探测更暗弱射电源的重要途径。可有效提高脉冲星快速搜寻和精确探测的能力；提高观测设备在频率选择上的灵活性；减少了接收机使用数目；降低工程建设和将来运行维护难度；可应用于分布广和数量多的SKA反射面天线。本专利技术研制的SKA超宽带制冷小型化四脊喇叭馈源工作在2.4-24GHz，覆盖了整个高频段的需求同时兼顾了部分低频段需求，几乎实现了一个馈源替代两个馈源的可能性，也可替代目前设计SKA1阶段中多个相对窄带接收机，提高接收信号的效率和容量，减少接收机数目，降低工程建设和将来运行维护难度。附图说明图1为本专利技术超宽带制冷小型化四脊喇叭馈源结构示意图；图2为短路反射腔剖视图；图3为四脊片俯视图；图4为脊片侧视图；图5位同轴探针内导体结构图；图6为四脊圆波导段仰视图；图7为本专利技术SKA超宽带制冷小型化四脊喇叭馈源仿真与测试反射损耗对比图；图8为本专利技术SKA超宽带制冷小型化四脊喇叭馈源仿真与测试隔离度对比图；图9为本专利技术SKA超宽带制冷小型化四脊喇叭馈源在4GHzE、H、D面主极化方向图；图10为本专利技术SKA超宽带制冷小型化四脊喇叭馈源在14GHzE、H、D面主极化方向图；图11为本专利技术SKA超宽带制冷小型化四脊喇叭馈源在24GHzE、H、D面主极化方向图；图12为本专利技术SKA超宽带制冷小型化四脊喇叭馈源在D面交叉极化方向图；图13为本专利技术SKA超宽带制冷小型化四脊喇叭馈源增益仿真与测试对比结果图；图14为本专利技术SKA超宽带制冷小型化四脊喇叭馈源制冷杜瓦结构示意图；图15为本专利技术SKA超宽带制冷小型化四脊喇叭馈源插入损耗计算分析。其中，1-圆锥喇叭，2-四脊圆波导，3-直波导，4-喇叭外壁，5-脊片，6-第一同轴探针，7-第二同轴探针，8-短路反射腔，9-L型匹配块，10-切割倒圆锥台，11-杜瓦腔体，12-辐射罩，13-馈源，14-真空窗，15-支撑结构。具体实施方式下面结合具体实施例以及附图对本专利技术做进一步详述。参见图1，本专利技术的一种SKA超宽带制冷小型化四脊喇叭馈源，该馈源工作频段为2.4-24GHz，包括圆锥本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种SKA超宽带制冷小型化四脊喇叭馈源，其特征在于，包括圆锥喇叭(1)、四脊圆波导(2)、直波导(3)、喇叭外壁(4)、脊片(5)、第一同轴探针(6)、第二同轴探针(7)、短路反射腔(8)；/n所述四脊圆波导(2)的一端与圆锥喇叭(1)连接，另一端与短路背腔(8)连接；/n所述脊片(5)为四个，呈曲线凹陷形状，分别嵌入在圆锥喇叭(1)和四脊圆波导(2)内部；/n所述第一同轴探针(6)和所述第二同轴探针(7)分别从一个脊片插入，穿过四脊圆波导(2)中心后到达相对位置的脊片；第一同轴探针(6)和第二同轴探针(7)采用多个匹配块级联分割成五个匹配段，通过调节各段的长度和宽度降低回波损耗；/n所述喇叭外壁(4)加载在圆锥喇叭(1)和四脊圆波导(2)的外侧；/n所述短路反射腔(8)位于直波导(3)内，包括L型匹配块(9)和切割倒圆锥台(10)，所述短路反射腔(8)为圆柱体；/n该馈源工作频段为2.4-24GHz。/n

【技术特征摘要】
1.一种SKA超宽带制冷小型化四脊喇叭馈源，其特征在于，包括圆锥喇叭(1)、四脊圆波导(2)、直波导(3)、喇叭外壁(4)、脊片(5)、第一同轴探针(6)、第二同轴探针(7)、短路反射腔(8)；
所述四脊圆波导(2)的一端与圆锥喇叭(1)连接，另一端与短路背腔(8)连接；
所述脊片(5)为四个，呈曲线凹陷形状，分别嵌入在圆锥喇叭(1)和四脊圆波导(2)内部；
所述第一同轴探针(6)和所述第二同轴探针(7)分别从一个脊片插入，穿过四脊圆波导(2)中心后到达相对位置的脊片；第一同轴探针(6)和第二同轴探针(7)采用多个匹配块级联分割成五个匹配段，通过调节各段的长度和宽度降低回波损耗；
所述喇叭外壁(4)加载在圆锥喇叭(1)和四脊圆波导(2)的外侧；
所述短路反射腔(8)位于直波导(3)内，包括L型匹配块(9)和切割倒圆锥台(10)，所述短路反射腔(8)为圆柱体；
该馈源工作频段为2.4-24GHz。


2.根据权利要求1所述的一种SKA超宽带制冷小型化四脊喇叭馈源，其特征在于，馈源外形整体尺寸为Φ170mm×187mm。


3.根据权利要求1所述的一种SKA超宽带制冷小型化四脊喇叭馈源，其特征在于，所述圆锥喇叭(1)口径170mm，喇叭段长度142mm。
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【专利技术属性】
技术研发人员：马月，庞峰，吴迪，冯寅初，王君，金乘进，彭勃，刘东亮，禹升华，
申请(专利权)人：中国科学院国家天文台，
类型：发明
国别省市：北京;11