一种用于提高阵面口径效率的双频圆极化六角形喇叭天线的制作方法

专利检索2022-05-10  10



1.本发明属于微波天线技术领域,具体涉及一种星载双频圆极化喇叭天线,主要应用方向为卫星通信系统中ku/ka频段收发一体化双频圆极化馈源。


背景技术:

2.随着卫星通信技术的发展,天线系统对ku/ka频段的应用需求越来越高,卫星通信中发射和接收工作在不同的频段,需要天线双频工作。能够发射和接收圆极化波的天线系统在各种复杂环境中有着独特的优势,圆极化波具有很强的抗干扰能力,沿传播方向观察,电场矢量顺时针方向旋转,称为右旋圆极化波,电场矢量逆时针方向旋转,称为左旋圆极化波。天线发射出去的右旋圆极化波遇到物体后,反射回来的是左旋圆极化波,对发射天线不存在干扰作用。圆极化波天线还可以用作侦查雷达和干扰雷达,它可以接收任何线极化波的信号,可以在战场和复杂环境中作为侦查雷达。圆极化波天线对任何线极化波和椭圆极化波都能产生干扰作用,因此也可以作为干扰雷达。常见的双频圆极化喇叭为标准直线圆锥喇叭,这种喇叭直径较大,高度也较高,在未来的一些通信场合中,增益不能满足需求。
3.由于矩形波导和一些多边形波导不适合传输圆极化波,所以目前的圆极化喇叭天线大部分是圆形结构,但圆形喇叭天线组成阵面时各个喇叭之间会留有空隙,使喇叭天线阵面口径效率降低。六角形喇叭开口为正六边形,可以均匀地在平面铺开,六角形喇叭组成阵面后不会留有空隙,具有较高的口径效率,但六角形喇叭普遍轴比较高,圆极化性较差。
4.综上所述,现有技术存在以下不足:(1)普通标准直线圆锥喇叭体积较大,增益有待提高;(2)圆形喇叭可以较好地实现圆极化,但组成阵面时喇叭之间有空隙,口径效率较低;(3)六角形喇叭组成阵面时喇叭之间不留空隙,口径效率较高,但圆极化性较差。


技术实现要素:

5.为了解决现有的双频圆极化喇叭天线体积较大,增益不高,阵面口径效率低的问题,本发明提供一种用于提高阵面口径效率的双频圆极化六角形喇叭天线。
6.一种用于提高阵面口径效率的双频圆极化六角形喇叭天线包括同轴依次连接的底座1、过渡体2和六棱锥体3;所述底座1为短管状;过渡体2为喇叭状的空心体,过渡体2的小直径端固定连接着底座1的一端,底座1的另一端为馈电输入端口;六棱锥体3为六边形锥台状的空心体,六棱锥体3的轴向一端为圆形口,固定连接着过渡体2的大直径端,六棱锥体3的轴向另一端为六边形口;
7.所述双频圆极化六角形喇叭天线工作于发射和接收两个频段,发射频段为右旋圆极化,发射频段范围为18.4ghz~21.2ghz;接收频段为左旋圆极化,接收频段范围为29.6ghz~31ghz。
8.所述六棱锥体3的六边形口的直径d和双频圆极化六角形喇叭天线的轴向长度l的比值为3/13。
9.所述双频圆极化六角形喇叭天线的材料为铜,壁厚为0.5mm。
10.若干双频圆极化六角形喇叭天线的六棱锥体3的六边形口端呈蜂巢状紧密排布,相邻六棱锥体3的六边形口之间不留空隙。
11.与普通的标准直线圆锥喇叭相比,本发明设计了小圆到大圆样条曲线过渡的过渡体2,可以降低天线高度,缩小天线尺寸,提高天线增益。具体表达式为
[0012][0013]
其中下端圆的半径r
i
为5.46mm,上端圆的半径r
o
为12mm,过渡体2的轴向长度h2为29.6mm,参数a为0.2,p为3。
[0014]
与普通的标准直线圆锥喇叭相比,本发明设计了圆形到六角形过渡的六棱锥体3,可以把圆形喇叭转化为六角形喇叭,过渡结构外轮廓可以由圆形和六角形之间点的连线形成,具体表达公式如下:以喇叭天线底部中心为坐标原点,设(x1,y1,z1)为圆周上点的坐标,(x2,y2,z2)为六角形边上点的坐标,将圆和六角形均分为n等份,其中第i份记为i
[0015][0016][0017][0018]
其中h1为底座1的轴向长度,h2为过渡体2的轴向长度,l为双频圆极化六角形喇叭天线的整体轴向长度。
[0019]
与现有技术相比,本发明的有益技术效果体现在以下方面:
[0020]
(1)本发明设计了小圆到大圆样条曲线过渡的过渡体2,实现减小喇叭天线体积,提高增益。本发明设计的喇叭天线轴向长度为42mm,发射频段内增益大于13.6db,接收频段内增益大于17.4db,与普通的标准直线圆锥喇叭相比,本发明设计的喇叭轴向长度可以降低10%~20%,增益提高1db~3db。
[0021]
(2)本发明设计了圆形到六角形过渡的六棱锥体3,实现将圆形喇叭和六角形喇叭的优势结合起来,同时具有较好的圆极化性和较高的阵面口径效率。传统的圆形喇叭圆极化性较好,但组成阵面时喇叭天线之间有空隙,口径效率较低。六角形喇叭实现均匀排布不留空隙,口径效率高,但圆极化性较差。本发明设计的喇叭天线,发射频段内轴比小于0.25db,接收频段内轴比小于0.15db,具有优良的圆极化性,喇叭天线组成面阵时,紧密排列不留空隙,可以实现接近100%的阵面口径效率。
附图说明
[0022]
图1为本发明的三维结构示意图。
[0023]
图2为图1的正视图。
[0024]
图3为图1的俯视图。
[0025]
图4为图1的剖视图。
[0026]
图5为六角形喇叭6
×
6阵面的示意图。
[0027]
图6为圆形喇叭6
×
6阵面的示意图。
[0028]
图7为本发明实施例发射频段的轴比。
[0029]
图8为本发明实施例发射频段的增益。
[0030]
图9其本发明实施例接收频段的轴比。
[0031]
图10为本发明实施例接收频段的增益。
[0032]
上图中序号:底座1、过渡体2、六棱锥体3。
具体实施方式
[0033]
下面结合附图,通过实施例对本发明作进一步详细的描述。
[0034]
实施例1
[0035]
参见图1、图2和图3,一种用于提高阵面口径效率的双频圆极化六角形喇叭天线由三部分构成,包括同轴依次连接的底座1、过渡体2和六棱锥体3。底座1为短管状,过渡体2为喇叭状的空心体,过渡体2的小直径端固定连接着底座1的一端,底座1的另一端为馈电输入端口。六棱锥体3为六边形锥台状的空心体,六棱锥体3的轴向一端为圆形口,固定连接着过渡体2的大直径端,六棱锥体3的轴向另一端为六边形口。
[0036]
双频圆极化六角形喇叭天线的材料为铜,壁厚为0.5mm,为保证结构强度,采用一体成型结构,见图4。喇叭天线输入端口馈电时,可工作于发射和接收两个频段,发射频段为右旋圆极化,工作频率范围18.4ghz

21.2ghz,接收频段为左旋圆极化,工作频率范围29.6ghz

31ghz。
[0037]
参见图4,底座1位于最下面,作用是接收输入端口输入的双频圆极化信号,并将其传输到喇叭辐射部分。底座1的内径为5.46mm,外径为5.96mm,高为5.4mm,壁厚0.5mm。
[0038]
参见图4,过渡体2的作用是降低天线高度、缩小天线体积、提高天线增益。过渡体2为sin函数曲面,具体表达式为
[0039][0040]
其中h2=29.6mm,r
i
=5.46mm,r
o
=12mm,a=0.2,p=3。
[0041]
参见图4,六棱锥体3的作用是将圆形喇叭转换为六角形喇叭,提高阵面口径效率的同时辐射圆极化波。六棱锥体3结构外轮廓可以由圆形和六角形之间点的连线形成,具体表达公式如下:以喇叭天线底部中心为坐标原点,设(x1,y1,z1)为圆周上点的坐标,(x2,y2,z2)为六角形边上点的坐标,将圆和六角形均分为n等份,其中第i份记为i
[0042][0043][0044][0045]
其中h1为底座1的轴向长度,h2为过渡体2的轴向长度,l为双频圆极化六角形喇叭天线的整体轴向长度。
[0046]
参见图3和图4,六棱锥体3的高度h3为7mm,下端为半径12mm的圆,上端为边长13.86mm的正六边形。
[0047]
六棱锥体3的六边形口的直径d和双频圆极化六角形喇叭天线的轴向长度l的比值为3/13。
[0048]
参见图7,实施例1天线发射频段的轴比,发射频段内轴比小于0.25db,所述天线圆极化性较好。参见图8,实施例1天线发射频段的增益,发射频段内增益大于13.6db,所述天线具有较好的辐射性能。参见图9,实施例1天线接收频段的轴比,接收频段内轴比小于0.15db,所述天线圆极化性较好。参见图10,实施例1天线接收频段的增益,接收频段内增益大于17.4db,所述天线具有较好的辐射性能。
[0049]
实施例2
[0050]
下面将圆形喇叭天线和本发明双频圆极化六角形喇叭天线组成天线阵面时的情况进行对比。
[0051]
参见图5,本发明双频圆极化六角形喇叭天线6
×
6阵面的示意图,将6
×
6一共36个双频圆极化六角形喇叭天线均匀排布,组成喇叭天线阵面,由图5可知,由于双频圆极化六角形喇叭天线独特的结构,在同一阵面内均匀排布不留空隙,这极大地提高了喇叭天线阵面的口径效率。
[0052]
参见图6,圆形喇叭天线6
×
6阵面的示意图,将6
×
6一共36个圆形喇叭天线均匀排布,组成喇叭天线阵面,由图6可知,圆形喇叭天线组成阵面时相邻圆形喇叭天线之间会留有空隙,这就降低了喇叭天线阵面的口径效率。
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