一种星载宽波束波纹喇叭天线制造技术

本发明专利技术公开了一种星载宽波束波纹喇叭天线，解决了现有的喇叭天线不能同时满足大功率、高效率、宽频带、宽波束的各种要求，不适用于某些低轨卫星通信中的问题。本发明专利技术包括90

【技术实现步骤摘要】
一种星载宽波束波纹喇叭天线


[0001]本专利技术涉及卫星通信
，具体涉及一种星载宽波束波纹喇叭天线及其应用。

技术介绍

[0002]近年来，在卫星通信中，为对特定区域进行有效覆盖，减少邻区干扰和提高效率，对星载天线的辐射方向图提出了与服务区形状匹配的要求，赋形天线越来越受到重视，喇叭天线具有赋形、成本低、尺寸小、低交叉极化电平，低副瓣和在工作频段具有良好的驻波的优点，适用于对天线要求苛刻的卫星通信中。
[0003]其中，波纹喇叭天线向自由空间所发射的三维电磁波束具有轴对称性、很小的旁瓣电容、低的交叉极化水平等特点，波纹喇叭天线是金属波导和自由空间电磁波进行能量转换的高效率器件。波纹喇叭天线广泛应用于现代无线通讯系统中，特别是在卫星通讯、射电天文等科学领域，用于提高天线的发射效率和改善天线的交叉极化分量。
[0004]但是对于低轨卫星通信中，对天线有特殊要求，如要求具有大功率、效率高、宽频带、宽波束、结构简单、易于加工、结构坚固等特点。
[0005]而现有的喇叭天线中，较难同时满足以上条件，因此，有必要针对低轨卫星通信的具体应用环境，对喇叭天线进行结构和尺寸改进。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题是：现有的喇叭天线不能同时满足大功率、高效率、宽频带、宽波束的各种要求，不适用于某些低轨卫星通信中。
[0007]本专利技术可通过下述技术方案实现：
[0008]一种星载宽波束波纹喇叭天线，包括90
°
波纹喇叭天线、膜片圆极化器、圆波导同轴转换器，所述90
°
张角波纹喇叭天线的一端与所述膜片圆极化器一端连接，所述膜片圆极化器的另一端与所述圆波导同轴转换器连接，所述90
°
波纹喇叭天线包括第一圆形波导段，所述第一圆形波导段的口部端平面开设有三个90
°
张角的波纹槽，所述90
°
波纹喇叭天线的面轮廓为圆形。
[0009]本专利技术通过设置90
°
波纹喇叭天线，且通过设置三个波纹槽，增大俯仰最大增益指向角度，形成波束俯仰面为蝶形的赋型波束，用于补偿地球曲率带来的远近传输距离导致的不同电波空间损耗，为了提高天线效率，在喇叭线的一端设置膜片圆极化器，线极化信号变换为圆极化信号，原理在于圆波导内存在着两个极化正交的模式，为改变两种模式的传播常数，可以在圆波导或方波导内周期性或非周期性加载一定数量的金属膜片，圆波导波纹圆极化器的膜片一般加载在对称壁上，膜片使正交的两个分量一个相位超前，一个相位滞后，适当选择膜片数量、深度、厚度、间距，就可使两个分量的相位相差90
°
，从而实现线极化信号到圆极化信号的转换，该天线适合高频段工作，具有大功率、效率高、宽频带、宽波束、结构简单、易于加工、结构坚固等特点，可应用于低轨卫星的星间通信中，具有现实意
义。
[0010]本专利技术优选一种星载宽波束波纹喇叭天线，所述膜片圆极化器包括第二圆形波导段，所述第二圆形波导段的内侧壁上对称设置若干金属膜片，相向设置的两个金属膜片形成椭圆形结构。本专利技术优选一种星载宽波束波纹喇叭天线，所述金属膜片的高度沿第二圆形波导段径向呈渐变结构，所述金属膜片的弧形长度沿第二圆形波导段周向呈渐变结构。
[0011]本专利技术优选一种星载宽波束波纹喇叭天线，所述金属膜片的的渐变结构为：金属膜片的高度从金属膜片的中间向两端逐渐减小，所述金属膜片在所述第二圆形波导段的内侧壁呈弧形设置，所述弧形的长度从第二圆形波导段中部向两端逐渐减小。
[0012]本专利技术为了实现极低的反射损耗，金属膜片的高度沿波导周向的分布采用渐变结构，为了简化加工过程、降低加工成本、减少过渡波导段的数量，将膜片圆极化器的金属膜片相对对称设置形成椭圆形空间结构，使得两个极化分量的一致性较好。
[0013]本专利技术优选一种星载宽波束波纹喇叭天线，所述圆波导同轴转换器的一端呈圆形结构，另一端口为同轴端口，所述同轴端口外接射频连接器。
[0014]发射信号从射频同轴连接器端口进入，经同轴-探针-圆波导转换后到膜片圆极化器，经膜片圆极化器把线极化信号转换为了圆极化信号，再通过90
°
张角波纹喇叭天线把圆极化信号辐射出去。
[0015]本专利技术优选一种星载宽波束波纹喇叭天线，所述90
°
波纹喇叭天线、膜片圆极化器、圆波导同轴转换器的波导端口都采用直径为11.2mm的圆波导。
[0016]本专利技术优选一种星载宽波束波纹喇叭天线，所述第一圆波导段的端口平面设置有法兰盘，所述法兰盘上开设有张角为90
°
的三个波纹槽。
[0017]本专利技术优选一种星载宽波束波纹喇叭天线，所述圆波导同轴转换器与膜片圆极化器呈45
°
角分布。
[0018]本专利技术优选一种星载宽波束波纹喇叭天线，所述射频连接器为探针，所述探针的插入深度和所述探针到短路面的距离可调。
[0019]进一步地，所述探针的插入深度以及探针距离短路面的距离为波长的四分之一，调节范围为3.7-5.0mm。
[0020]本专利技术探针为为射频同轴连接器的一部分，装配简单。
[0021]本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
[0022]1、本专利技术通过设置圆形波导段和三个波纹槽，可增大俯仰最大增益指向角度，形成波束俯仰面为蝶形的赋型波束，用于补偿地球曲率带来的远近传输距离导致的不同电波空间损耗，通过膜片圆极化器实现线极化信号到圆极化信号的转换，本专利技术的天线适合高频段工作，具有大功率、效率高、宽频带、宽波束、结构简单、易于加工、结构坚固等特点，可以实现
±
62
°
的波束赋形，可应用于低轨卫星通信中。
[0023]2、本专利技术通过设计膜片圆极化器的金属膜片的数量、形状和渐变结构，使得两个极化分量的插损基本一致。
[0024]3、本专利技术的圆波导同轴转换器，通过调节探针的插入深度和到短路面的距离，可获得好的驻波特性。
附图说明
[0025]此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定。在附图中：
[0026]图1为本专利技术天线的结构示意图；
[0027]图2为本专利技术的仿真模型图；
[0028]图3为本专利技术的俯视图；
[0029]图4为本专利技术膜片圆极化器的结构示意图。
[0030]图5为本专利技术圆极化器的两个极化分量插损曲线。
[0031]图6为本专利技术的方向图仿真曲线；
[0032]图7为本专利技术的轴比仿真曲线；
[0033]图8为本专利技术的驻波仿真曲线；
[0034]附图中标记及对应的零部件名称：
[0035]1-90
°
波纹喇叭天线，2-膜片圆极化器，3-圆波导同轴转换器，4-金属膜片，5-探针，6-短路面，7-波纹槽。
具体实施方式
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种星载宽波束波纹喇叭天线，其特征在于，包括90
°
波纹喇叭天线(1)、膜片圆极化器(2)、圆波导同轴转换器(3)，所述90
°
张角波纹喇叭天线的一端与所述膜片圆极化器(2)一端连接，所述膜片圆极化器(2)的另一端与所述圆波导同轴转换器(3)连接，所述90
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波纹喇叭天线(1)包括第一圆形波导段，所述第一圆形波导段的口部端平面开设有三个90
°
张角的波纹槽(7)，所述90
°
波纹喇叭天线(1)的面轮廓为圆形。2.根据权利要求1所述的一种星载宽波束波纹喇叭天线，其特征在于，所述膜片圆极化器(2)包括第二圆形波导段，所述第二圆形波导段的内侧壁上对称设置若干金属膜片(4)，相向设置的两个金属膜片(4)形成椭圆形结构。3.根据权利要求2所述的一种星载宽波束波纹喇叭天线，其特征在于，所述金属膜片(4)的高度沿第二圆形波导段径向呈渐变结构，所述金属膜片(4)的弧形长度沿第二圆形波导段周向呈渐变结构。4.根据权利要求2或3所述的一种星载宽波束波纹喇叭天线，其特征在于，所述金属膜片(4)的渐变结构为：金属膜片(4)的高度从金...

【专利技术属性】
技术研发人员：张仁敏，鲁国林，黄海燕，谭勇，杨军，
申请(专利权)人：重庆两江卫星移动通信有限公司，
类型：发明
国别省市：