平板状宽频带反射面微波天线制造技术

本发明专利技术属于一种平板状微波天线，它包括馈源、馈源支杆、天线支架和以多个同心径向离散分布的环状旋转抛物反射面Ｍ－［０］、Ｍ－［１］、Ｍ－［２］……Ｍ－［ｍ］组成的反射体。所述反射面的外缘均处于同一平面上，相邻两反射面的光程差△ｐ－［ｍ］依次等于天线所要求工作频带范围内的波长λ－［ｍａｘ］、λ－［２］、λ－［３］、……λ－［ｍ－１］、λ－［ｍｉｎ］，并遵照对数周期规律△ｐ－［ｍ］＝λ－［ｍａｘ］ｔ＋［ｍ－１］。它解决了现有平板形微波天线工作频带窄、体积大、制作工艺复杂、成本高等问题。（*该技术在2010年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于一种反射面微波天线，特别是由多个不同的抛物形反射面而组成的微波天线，它包括：馈源、馈源支杆、天线支架和多个以同心且呈径向离散分布的环状切割旋转抛物反射面。目前在微波领域广泛应用的天线是旋转抛物反射面天线，这种天线虽然具有增益高、主瓣窄、副瓣低、频带宽等优点，但因其加工精度要求高，制作工艺复杂、多使用金属材料以及形状方面的原因，使天线的体积和重量较大、造价很高、给运输、安装带来很多不便，且常因安装误差和自重所产生的应力而易使天线变形，增益降低。为此，国内外天线行业一直都在努力研究一种平板状天线来替代它，如介质透镜天线、菲涅尔波带片天线、多振子阵列式平板天线，但都因为损耗大、增益低、频带窄等原因而不能实用。近年来有人提出的微带天线也因为主瓣宽、重量大、成本昂贵以及只能用于接收等原因而不能得到推广使用。中国专利86  2  11074  U公开了一种多焦距抛物面平板形卫星地面站天线，从该申请文件的说明书和权利要求书中可以看到，该天线是采用不同直径的圆环状抛物面反射带以同心圆方式沿径向排列，各圆环同处于一个平面上，其焦距之差为工作波长的整数倍。这虽然是对天线平板化的一个新设想，具有一定的进步意义，但仍然存在以下三个实质性缺点：（一）当各环状抛物面反射带的焦距差为工作波长的整数倍时，这就决定该天线只能在设定电磁波工作波长上具有会聚和同相位叠加的作用，当工作波长变化时，因天线的尺寸不能变化，致使波程差发生变化而不能再实-->现同相位叠加，而相反产生色散现象，这就决定该天线只能是窄带的，不能满足接收C波段信号所需带宽500MHz的要求;（二）从理论上讲，当各环状抛物面反对带的内外缘各处于同一平面上，其焦距之差为某一工作波长的整数倍时，各反射带之间将留有较大的空档，使天线增益大大减少。换句话说，在保证天线增益的前提下，当所有反射带内外缘各处于同一平面上时，又不可能使照射到这些反射带上的电磁波都汇聚到焦点上;（三）其理论厚度δ＝λ，因而使反射体厚度较大，天线体积、重量增加。本专利技术的目的，在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种成本低、厚度薄、频带宽、增益高的平板状微波天线。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来达到：一种平板状宽频带反射面微波天线，包括馈源及其支杆，天线支架和以多个同心径向离散分布的环状切割旋转抛物反射面M0、M1、M2……Mm组成的反射体，本专利技术的关键在于，上述环状切割旋转抛物反射面的外缘处于同一平面上，其相邻两反射面的光程差△ρm依次等于天线所要求工作频带范围内的波长λmox、λ2、λ3……λm-1、λmin，并遵循对数周期规律△ρm＝λmoxτm-1。普通的旋转抛物反射面，当电磁波在馈源会聚后，由于所有电磁波的光程差始终等于零，所以能够使任何频率的电磁波都在馈源处产生同相位叠加。当反射面成为多个以同心径向离散分布的环状切割旋转抛物反射面M0、M1、M2……Mm时，各反射面之间就会产生一个光程差△ρ，如何能够使电磁波经过这些反射面会聚到共同焦点，即馈源后继续叠加，一种办法是使各反射面的光程差正好等于某一波长的整数倍，但这只能保证该波长的电磁波-->在馈源处产生同相位的叠加，而当电磁波波长发生变化时，由于天线的尺寸不能改变，因而各反射面的光程差也不变，这样也就不能保证各路电磁波在馈源处都产生同相位叠加，反而可能产生色散，所以这种天线只能在一个很窄的频带范围内才有用。假如我们能够使各反射面在一定的工作频段范围λmox～λmin内所反射的电磁波会聚到馈源能基本同相且平均相位差很小，这就既保证了天线的工作频带宽度，又保证了天线的增益。根据计算以及对数周期天线的规律可以证明，当取各反射面的光程差△ρm依次等于天线所要求工作频带范围内的波长λmox、λ2、λ3……λm-1、λmin，并符合对数周期规律△ρm＝λmoxτm-1时，则可满足上述要求。为了能够使天线平板化，取各反射面的上缘在一个平面上，据此可得到图1所示的平板状天线反射面。由图1可知：tm+BC＝△ρm＝λm即tm+tm/cosθm＝△ρmtm＝△ρm/（1+secθm）t1＝△ρ1/（1+secθ1）＝λmox/（1+secθ1）由上式可知，当θ1→0时，secθ1→1，t1→λmox/2。tm的极大值λmox/2就是M0的中心深度AO，即AO＝λmox/2，这就是天线的理论厚度δ＝λmox/2。利用同样的过程也可以证明CN86211074天线的理论厚度δ＝λ。显然λmox/2比λ要小得多，也就是说本专利技术天线比CN86211074天线薄得多。若天线的工作频率为fmin～fmox，对应的波长为λmox～λmin;-->天线的口径为D;馈源照射角θM为α1～α2，为强调天线增益，一般选一个接近下限α1的数值αb，即θM＝αb。则：天线厚度δ＝AO＝λmox/2F0-δ＝D/2/tgθM中心反射面焦距F0＝D/2tgαb+λmox/2相邻反射面光程差△ρm＝λmoxτm-1天线各反射面焦距Fm=F0+Σm=1NΔρm/2]]>天线反射面极坐标方程为：ρm=2Fm/(1+cosθ)=2(F0+Σm=1NΔρm/2)/(1+cosθ)=2(F0+Σm=1NΔρm)/(1+cosθ)]]>在各反射面外缘处，有ρm＝（F0-δ）/cosθm根据反射面极坐标方程可得：ρm=(2F0+Σm=1NΔρm)/(1+cosθ)]]>上两式联立得：θm=sec-1[(2F0+Σm=1NΔρm)/(F0-δ)-1]]]>当θ＝θM时，有ρm=(2F0+Σm=1NΔρm)/(1+cosθM)]]>由天线的几何尺寸还可求得ρM′＝（F0-δ）/cosθM，要求出天线反射面的极坐标方程，就必须确定△ρm，而计算△ρm，就必须确定N值与τ值。由于△ρm＝λmoxτm-1，当m＝N时有λmin＝λmoxτN-1令B＝λmox/λmin＝λmox/λmoxτN-1＝τ1-NlgB＝（N-1）lg（1/τ）∴N＝1+lgB/lg（1/τ）显然，τ是一个小于1的正数，当B一定时，其取值越大，-->△ρm递减的速率越慢，N值就取得越大，即天线的环数增加;τ取值越小，△ρm递减的速率加快，N值就变小，即天线的环数减少。一般来说，先设定τ，由τ和B值算出N，然后再由天线的口径尺寸，算出N个环能否填满口径，经反复核算，直到两者基本吻合为止。一般是计算比较ρM与ρM′值的大小，当ρM≈ρM′时，就认为所选τ、N值是合适的，用最后确定的N与τ值，算出△ρm、△Fm、tm、θm以及天线的反射面曲线坐标值，再结合天线的厚度δ和中心反射面的焦距F0，即可作出天线的反射面。一般来说，λmox、λmin值的选取是完全按照天线带宽的上、下限确定，但有时可根据实验测试结果，对照带宽和增益的要求，做微小的调整。这些依照对数周期规律沿同心径向离散本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种平板状宽频带反射面微波天线，包括馈源、馈源支杆、天线支架和以多个同心径向离散分布的环状切割旋转抛物反射面Ｍ↓［０］、Ｍ↓［１］、Ｍ↓［２］……Ｍ↓［ｍ］组成的反射体，其特征在于：上述环状切割旋转抛物反射面的外缘均处于同一平面上，其相邻两反射面的光程差△ρ↓［ｍ］依次等于天线所要求工作频带范围内的波长λ↓［ｍｏｘ］、λ↓［２］、λ↓［３］……λ↓［ｍ－１］、λ↓［ｍｉｎ］，并遵循对数周期规律△ρ↓［ｍ］＝λ↓［ｍｏｘ］τ↑［ｍ－１］。

【技术特征摘要】
1、一种平板状宽频带反射面微波天线，包括馈源、馈源支杆、天线支架和以多个同心径向离散分布的环状切割旋转抛物反射面M0、M1、M2……Mm组成的反射体，其特征在于：上述环状切割旋转抛物反射面的外缘均处于同一平面上，其相邻两反射面的光程差Δρm依次等于天线所要求工作频带范围内的波长λmox、λ2、λ3……λm-1、λmin，并遵循对数周期规律Δρm=λmoxτm-1。2、根据权利要求1所述的平板状宽频带反射面微波天线，其特征在于：所述相邻两反射...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈德泽，黄顺生，周亚清，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军电讯工程学院，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]