一种S/X双频段圆极化馈源，采用同轴腔结构，包括S频段喇叭、口径变换段、S频段耦合枢纽、S频段圆极化形成网络、X频段喇叭、X频段圆极化器、电缆组件和波导组件，同轴腔的外腔由S频段喇叭、口径变换段和S频段耦合枢纽的外腔构成，同轴腔的内腔由X频段喇叭和S频段耦合枢纽的内腔构成。本发明专利技术采用同轴馈源设计方案，同轴腔实现S频段圆极化电磁波的辐射，而同轴结构内芯中嵌入X频段多模喇叭作为馈源，实现X频段圆极化电磁波的辐射；根据高增益S/X双频段圆极化馈源的设计思路，通过对S频段耦合枢纽进行针对高增益的特殊设计，并巧妙的结合了X馈源设计，进行馈源整体设计，使本发明专利技术成为一种覆盖深空探测测控通信应用频段的新型高增益S/X双频段圆极化馈源，具有良好的辐射特性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种高增益(S频段约16dBi，X频段约18dBi) S/Χ双频段圆极化馈源， 特别是涉及一种对同轴双频馈源进行高增益设计方法，属于天线
技术介绍
随着深空探测技术应用的不断发展，相关空间科学探索不断广泛和深入，飞行器 的飞行距离越来越远，这就要求飞行器的测控通信能力也随之提高，仅仅实施S频段的测 控与通信已经无法满足越来越复杂的深空探测任务要求，而发展X频段深空测控与通信技 术是应对该难题的一种办法。由于S频段的测控与通信具有自身的特点，在深空测控任务 中经常回将S频段测控通信与X频段测控通信结合起来使用，用以提高天线指向的跟踪能 力和通信畅通的保障能力，同时提供在不同飞行阶段选择不同的通信方式，具有工作方式 灵活性。这样，就需要深空飞行器具有能够在S频段和X频段的天线，而在原有的单个频段 天线基础上增加一副天线对于深空测控任务是绝对无法忍受的，这就需要在一副天线实现 双频工作，使天线具有在S频段和X频段同时工作的能力，即进行s/χ双频段天线设计，满 足s/χ双频段深空测控通信的应用要求。对于用于远程测控通信应用中的高增益定向天 线，常使用反射面天线方案，这就需要s/χ双频馈源。而由于卡塞格伦双反射面天线具有较 高的口面效率，结构紧凑，馈源位置较低，在基于反射面天线方案的高增益定向天线设计中 常会选用卡塞格伦双反射面结构，这样就要求馈源具有较低的边沿照射电平，可以降低馈 源照射副反射器的漏射以提高天线效率，馈源对副反射器激励的边沿照射电平的降低将使 馈源的辐射方向图变窄，随之馈源增益会增大。这样，进行满足较低边沿照射电平的馈源设 计将得到一个高增益馈源，天线需要进行双频工作常使用双频馈源设计方法，用双频馈源 对反射面天线进行激励，得到两个频段的波束性能，在深空测控通信由于飞行器姿态多样， 一般需要天线进行圆极化工作，随之馈源也必须是圆极化馈电工作方式。综合以上，进行S/ X双频段深空测控通信的应用中的远程测控通信高增益定向天线研制需要高增益s/χ双频 段圆极化馈源的设计。在空间天线设计中，通过对天线馈源进行双频或多频设计来实现原本需要多个天 线才能完成的功能，是缓解天线布设空间紧张的一个途径，也是增添新的频率应用、增加新 的功能应用实现单星高载荷集成度的迫切需要。在深空应用中，降低天线数目和天线重量 对深空探测任务意义重大，天线数目的降低和天线轻型化将可以减小飞行器的重量，这有 利于节约飞行器燃料和提高飞行能力。降低深空探测飞行器的天线数目以及天线轻型化的 实现方式中提高天线结构利用律，在一副天线上进行多个频率应用是一个重要手段，对于 更为苛刻的深空探测应用，该基于馈源双频设计的天线设计方法显得更为重要和有效，而 具有更高增益的s/χ双频段圆极化馈源设计在该高增益定向天线应用中将能够提高天线 效率，有利于提高数据传输速度和扩展飞行器飞行通信作用距离。鉴于应用背景的深空探测任务特点对S/Χ频段高增益定向天线的特殊要求，该S/ X双频段圆极化馈源作为天线系统的关键组成，要使该高增益定向天线既保留了原有的S频段性能要求，还要能够在X频段进行工作，作到兼容性的功能升级和技术发展，具有技术 应用先进性。深空探测中高增益定向天线的S/X双频段圆极化馈源不仅要能够实现相关 的对反射面的激励性能，实现其馈源性能使天线性能良好，还要能够承受平台运动过程中 的冲击与振动，以及各种机械扰动，满足空间适应性要求，具有一定技术难度。在该应用背 景下，实现S/X双频段测控通信对该馈源性能、结构刚度与强度、空间抗辐照特性等要求很 高，设计难度很大，同时需求迫切。现有公开的或已知的S/X双频段圆极化馈源很难满足应 用需求，很难实现在S与X两个频段同时实现满足应用要求的高增益性能。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供一种高增益的S/X双频段 圆极化馈源。本专利技术的技术解决方案是一种S/X双频段圆极化馈源，采用同轴腔结构，包括S 频段喇叭、口径变换段、S频段耦合枢纽、S频段圆极化形成网络、X频段喇叭、X频段圆极化 器、电缆组件和波导组件，同轴腔的外腔由S频段喇叭、口径变换段和S频段耦合枢纽的外 腔构成，同轴腔的内腔由X频段喇叭和S频段耦合枢纽的内腔构成。所述的口径变换段为光滑过渡的圆台型结构，其锥角为65士5°。所述的S频段耦合枢纽的同轴腔只能传输TEM模、两个简并的TE11模和两个简并 的TE21模共5个最低模式。所述的S频段耦合枢纽的同轴腔内外腔尺寸利用TEM模、两个简并的TE11模和两 个简并的TE21模的截止频率计算公式确定。所述的X频段喇叭采用变张角多模喇叭。所述的S频段喇叭采用纵向槽波纹喇叭。本专利技术的设计原理本专利技术根据高增益馈源应用需求进行的S/X双频段馈源中的S频段耦合枢纽设 计，并具有创新性地增加了明显的口径变换段，通过双频段性能兼容性设计，进行匹配于口 径变换段输出口的对应馈源喇叭口的纵向槽波纹喇叭设计，即实现满足整体天线应用要求 的S频段馈源波束，又不恶化同轴结构内芯所嵌X频段馈源的性能，获得了满足馈源应用要 求的s/χ双频段圆极化馈源，实现了应用该馈源的基于卡塞格伦双反射面方案的定向天线 进行双频应用。本专利技术根据应用特点提供一种通过对S频段耦合枢纽进行针对实现双频同轴馈 源高增益的特殊设计，巧妙地结合X馈源设计进行馈源整体设计，并在作为辐射体的馈源 喇叭口与S频段耦合枢纽之间增加了 口径变换段，使该馈源成为一种覆盖深空探测测控通 信应用频段的新型高增益S/χ双频段圆极化馈源，具有良好的辐射特性。应用S/Χ双频段圆极化馈源的高增益定向天线工作于X/S双频段，并且都要求天 线具有较高的口面效率，采用卡塞格伦双反射面天线是合适的选择，天线的主反反射面为 抛物面，副反反射面为双曲面，要求馈源为具有较低边沿照射电平的s/χ频段双频馈源，馈 源照射副反射器，然后电磁波经过副反射器反射对主反射器进行激励，实现S/χ频段的电 磁辐射以及所要求的高增益天线波束。本专利技术采用同轴馈源设计方案，同轴腔实现S频段 相应的圆极化电磁波的辐射，而同轴结构内芯中嵌入X频段多模喇叭作为馈源，实现X频段相应的圆极化电磁波的辐射，实现了 S/X双频段圆极化馈源的高增益性能。本专利技术为高增益定向天线的关键部件，由于X频段的工作带宽相对较窄，使用多 模喇叭作为馈源即可，馈源圆波导输入口接圆极化器，使该喇叭实现相应的圆极化电磁波 对副反射面的照射。S频段馈源的获得是通过四臂耦合对同轴腔对称馈电来实现的，如图 3、图4、图5所示，四臂分别进行等幅度相位差90°的馈电方式，通过连接四臂端口(1、11、 III、IV端口)与S频段圆极化形成网络连接即可以实现。通过本馈电方式，在同轴腔内 实现了圆极化波，并对S频段同轴喇叭进行激励，就可以S频段圆极化电磁波的辐射，通过 调整同轴喇叭结构获得满足要求的馈源辐射方向图，而S频段耦合枢纽为本专利技术的核心部 件，为同轴腔的主要部分。本专利技术辐射相应的圆极化电磁波照射副反射面，经副反射面反射 对主反射面进行照射，最后辐射出去，来自馈源的相应的圆极化电磁波经过两次反射，使得 整体天线获得对应的圆极化的极化特性。此前该类高增益定向天线设计多采用基于FSS技术应用双色副反射器的双反本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种Ｓ／Ｘ双频段圆极化馈源，其特征在于：采用同轴腔结构，包括Ｓ频段喇叭（１）、口径变换段（２）、Ｓ频段耦合枢纽（３）、Ｓ频段圆极化形成网络、Ｘ频段喇叭（４）、Ｘ频段圆极化器（５）、电缆组件和波导组件，同轴腔的外腔由Ｓ频段喇叭（１）、口径变换段（２）和Ｓ频段耦合枢纽（３）的外腔构成，同轴腔的内腔由Ｘ频段喇叭（４）和Ｓ频段耦合枢纽（３）的内腔构成。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张明涛，何佳欢，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：87
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