专利名称：3mm波星载测云天线的制作方法
技术领域：
本实用新型属于卫星天线技术领域，特别涉及ー种大口径反射面测云天线。
背景技术：
测云天线对于探測与研究云在天气和气候变化中的影响具有极为重要的作用。3mm波段更接近云粒子的尺度，有更高的探测灵敏度，能探测从直径为几微米的云粒子到降水的范围，所以被广泛应用于云层的探測。地基测云雷达受客观条件的限制，无法对云层进行大范围观测。目前气象卫星测量手段主要以可见光、红外和微波被动遥感为主，尚不具备主动探測能力。星载毫米波测云雷达能够提供主动式气象观测手段，是未来气象观测卫星的关键设备和核心载荷。 由于3mm波段对加工制造水平以及测试手段都有较高要求，目前国内毫米波测云天线比较缺乏，主要集中在地面以及机载方面的应用，工作频率较低，都在35GHz以下，探测能力受到很大影响。尤其是对于大口径高増益的3mm波段的星载测云天线国内仅从理论上进行了ー些分析与研究。目前，尚未见有关星载测云天线的报道。
实用新型内容本实用新型解决的技术问题是克服现有技术不足，提供一种高频率、高増益、窄波束、低旁瓣的3mm波星载测云天线。本实用新型的技术方案是，3_波星载测云天线，包括准光学馈源、副反射面、碳纤维主反射面、底面蜂窝板、可展开支架机构和闭合底座；所述准光学馈源为独立金属箱体结构，固定安装于底面蜂窝板上；副反射面固定于准光学馈源箱体的顶端；可展开支架机构为桁架结构，通过其上面的转轴和滑块锁紧装置与碳纤维主反射面相连接，整体固定于底面蜂窝板上；闭合底座安装于底面蜂窝板上；闭合状态时，碳纤维主反射面扣下，其顶端与闭合底座连接；工作吋，碳纤维主反射面展开至固定位置并由可展开支架机构上的滑块锁紧装置锁紧；所述准光学馈源的内部部件包括接收馈源喇叭、发射馈源喇叭、平面镜、椭球镜、极化栅网和圆极化器，分别由金属销钉定位，并通过螺钉固定于准光学馈源箱体的侧壁上；发射馈源喇叭发射水平线极化波，经平面镜反射、椭球镜汇聚，透过极化栅网，经圆极化器转化成左旋圆极化波，再经碳纤维主反射面和副反射面辐射至探測目标；由探测目标返回的信号变为右旋圆极化波，经碳纤维主反射面和副反射面反射至圆极化器并转化为垂直线极化波，该极化波会被极化栅网完全反射至接收通道，再经椭球镜汇聚、平面镜反射，最后到达接收馈源喇叭。所述碳纤维主反射面内表面经过金属镀膜处理。所述接收馈源喇叭、发射馈源喇叭采用双模喇叭形式，安装法兰为不对称结构，法兰前端具有紧配合定位台阶。所述极化栅网为平行等间距金属栅网形式。[0011]所述圆极化器为分离干渉形式的金属栅网反射圆极化器。本实用新型的原理是准光学馈源形式是ー种低传输损耗的馈电方式，适于应用在毫米波段以及更高频率波段。在94GHz的频率情况下，对于标准波导WR-10其衰减为3. 3dB/m，而准光学馈源由于是自由空间传输，损耗远远小于波导情况，因此本实用新型采用了准光学馈源形式。另外，本实用新型天线需要同时满足收发的功能，收、发信号的分离由准光学部件圆极化器和极化栅网共同实现，这两个部件都位于传输路径上，由发射和接收信号共用。极化栅网为平行金属栅条结构，其原理是使与栅条平行的极化信号分量全反射，使与栅条垂直的极化信号分量透过。极化栅网起到了两种作用ー是进行极化选择实现收发信号分离，ニ是抑制由椭球镜不对称面产生的交叉极化。圆极化器为金属栅网反射形式，由相互平行且有固定间距的极化栅网和平面镜构成。其原理是把波束分解为两种正交的线极化信号，经反射通过不同的路径后，产生90°相位差后再合成为一路信号，从而实现了线极化与圆极化的转换，以便于极化栅网进行通道分离。本实用新型的圆极化器采用了分离干涉技木， 由两个分离的金属栅网反射式结构组成，两部分成45°夹角布置，使得入射波束与出射波束方向正交形成了干涉结构，这种形式避免了两路分解信号的轴向漂移，并且波束的入射角较小，可以获得较高的圆极化性能，同时有利于结构布局。初级馈源采用具有旋转对称方向图的双模喇叭馈电，接收与发射馈源喇叭分别工作在正交的两种线极化模式下。椭球镜起到波束放大的作用，能够将喇叭增益提高、波束汇聚。较大增益的波束有利于设计实现收发喇叭合适的间距，并使准光学部件尺寸大小合理。平面镜的作用是改变波束传播方向，实现馈源喇叭的安装方向与波束传播路径所在平面正交，从而使整个系统结构安排更为合理。本实用新型与现有技术相比的优点在于I.本实用新型采用准光学馈源技术，减小了馈源网络产生的插入损耗，实现了双通道共用主面；同时通过准光学馈源进行馈电，集成收发两个通道，工作于高达94GHz的频率，波长更接近云粒子的尺度，減少了大气衰减影响，适应于多种云探测机理的需要。2.本实用新型采用可展开的结构形式，减小了天线体积，充分地利用了有限的空间。3.本实用新型主反射面采用碳纤维复合材料抛物面，高模量特性适应星载环境的极限温度变化，减轻了天线重量。4.本实用新型准光学馈源各个部件全部采用全金属结构形式，结构简单具有很高的可靠性，适应于星载工作环境。5.本实用新型采用分离干涉形式的金属栅网反射圆极化器，实现了线、圆极化之间的转换，并能够得到较好的轴比特性。
图I为3mm波星载测云天线示意图；图2为准光学馈源示意图；图3为准光学馈源极化栅网示意图；图4为准光学馈源喇叭示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进ー步说明。图I是3mm波星载测云天线示意图。包括可展开支架机构2、底面蜂窝板3、碳纤维主反射面I、副反射面4、准光学馈源5和闭合底座6。底面蜂窝板3是具有较高平面度且重量较轻的铝蜂窝夹层平板结构，保证了各个部件具备良好的安装基准，其上留有金属预埋件用于各部件进行螺钉安装固定。可展开支架机构2上固定于底面蜂窝板之上，其上面的转轴和滑块锁紧装置通过螺钉分别与碳纤维主反射面I相互连接。副反射面4安装于准光学馈源5箱体顶部。闭合状态时，主反射面扣下，顶端与安装于底面蜂窝板的闭合底座6相连接。天线工作时为主反射面展开状态，通过可展开支架机构2上的转轴电机可进行主反射面的转动进行展开，并由滑块锁紧装置固定于指定位置；准光学馈源5为金属箱体结构，其安装位置需要与主反射面有固定关系，以保证副反射面4的焦点与主反射面I的焦点重合，从而获得 最大的天线效率。其位置关系需要由光学方法(电子经纬仪等)測量确定。本实用新型碳纤维主反射面I的结构形式为碳纤维蜂窝夹层结构，正面为高形面精度抛物面，背面为碳纤维背筋结构可有效防止形变。主反射面口径为2米，表面经金属化处理，可以获得高増益高效率。碳纤维主反射面I下端留有圆形分布螺钉安装孔，通过螺钉可与可展开支架机构2的转轴和滑块锁紧装置分别相互连接。图2是准光学馈源的示意图。准光学馈源的内部部件包括接收馈源喇叭11、发射馈源喇叭13、平面镜7、椭球镜8、极化栅网9和圆极化器10。接收馈源喇叭11和发射馈源喇叭13安装于箱体侧壁上；平面镜7为45°金属反射镜，用于改变波束方向，使得馈源结构紧凑合理；椭球镜8为具有汇聚作用的金属凹面镜，反射面为椭球面，使波束汇聚在有限的空间内传输。极化栅网9如图3所示，其为框架结构，配有定位销钉，安装于准光学馈源箱体12上，并由螺钉锁紧固定。其有效工作区域为中心金属栅条部分，栅条方向垂直于准光学馈源箱体12侧壁。圆极化器10为分离干渉形式的金属栅网反射圆极化器，由两个分离部件组成，都是由相互平行的平面镜与极化栅网两层叠加而成，两层需保持一定的距离，从而保证相互正交的两种线极化信号的反射路径产生90°的相位差，实现线极化到圆极化的相互变换。发射馈源喇叭11发射水平线极化波，经平面镜7反射、椭球镜8汇聚，透过极化栅网9，经圆极化器10转化成左旋圆极化波，再经辐射至探测目标；由探测目标返回的信号变为右旋圆极化波，经碳纤维主反射面I、副反射面4反射至圆极化器10并转化为垂直线极化波，该极化波会被极化栅网9完全反射至接收通道，再经椭球镜8汇聚、平面镜反射，最后到达接收馈源喇叭11。图3为极化栅网示意图。其有效工作区域为中心平行等间距的金属栅网，通过四周分布的螺钉固定并压平于金属框架上，平整度优于O. 1mm。框架上下两端是定位金属销钉，安装时与准光学馈源箱体12上相应位置匹配。图4为准光学馈源喇叭示意图。喇叭后端为标准WR-10波导接ロ，前端带有安装法兰，安装法兰为不对称结构，法兰前端具有紧配合定位台阶。该法兰可配合准光学馈源箱体12上的凹槽进行安装方向定位，通过六个螺钉固定于准光学馈源箱体12侧壁上。接收馈源喇叭11和发射馈源喇叭13结构尺寸完全一致，由准光学馈源箱体12侧壁上的不对称凹槽来区别各自的安装方向，从而获得了两路极化方向相互垂直的线极化信号。经测试，本实用新型的天线轴向増益值为63. 4dB，波束宽度为O. 11°，7°外旁瓣大于-50dB。以上内容是结合具体的优选实施案例对本实用新型所作的详细说明，不能认定本实用新型具体实施仅限于这些说明。对于本实 用新型所述技术领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，对本实用新型的各组成部件、位置关系及连接方式在不改变其功能的情况下，进行的等效变换或替代，也落入本实用新型的保护范围。本实用新型未公开的技术属本领域公知技术。
权利要求1.3mm波星载测云天线，其特征在干包括准光学馈源(5)、副反射面(4)、碳纤维主反射面(I)、底面蜂窝板(3)、可展开支架机构(2)和闭合底座￠);所述准光学馈源(5)为独立金属箱体结构，固定安装于底面蜂窝板(3)上；副反射面(4)固定于准光学馈源(5)箱体的顶端；可展开支架机构(2)为桁架结构，通过其上面的转轴和滑块锁紧装置与碳纤维主反射面(I)相连接，整体固定于底面蜂窝板(3)上；闭合底座(6)安装于底面蜂窝板(3)上；闭合状态时，碳纤维主反射面(I)扣下，其顶端与闭合底座(6)连接；工作吋，碳纤维主反射面(I)展开至固定位置并由可展开支架机构(2)上的滑块锁紧装置锁紧；所述准光学馈源(5)的内部部件包括接收馈源喇叭(11)、发射馈源喇叭(13)、平面镜(7)、椭球镜(8)、极化栅网(9)和圆极化器(10)，分别由金属销钉定位，并固定于准光学馈源箱体(12)的侧壁上；发射馈源喇叭(11)发射水平线极化波，经平面镜(7)反射、椭球镜(8)汇聚，透过极化栅网(9)，经圆极化器(10)转化成左旋圆极化波，再经碳纤维主反射面(I)和副反射面(4)辐射至探测目标；由探测目标返回的信号变为右旋圆极化波，经碳纤维主反射面(I)和副反射面(4)发射至圆极化器(10)并转化为垂直线极化波，该极化波被极化栅网(9)完全反射至接收通道，再经椭球镜(8)汇聚、平面镜(7)反射，最后到达接收馈源喇叭(11)。
2.根据权利要求I的3mm波星载测云天线，其特征在于所述碳纤维主反射面(I)内表面经过金属镀膜处理。
3.根据权利要求I的3mm波星载测云天线，其特征在于所述接收馈源喇叭(13)、发射馈源喇叭(11)采用双模喇叭形式，安装法兰为不对称结构，法兰前端具有紧配合定位台阶。
4.根据权利要求I的3_波星载测云天线，其特征在于所述极化栅网(9)为平行等间距金属栅网形式。
5.根据权利要求I的3_波星载测云天线，其特征在于所述圆极化器(10)为分离干涉形式的金属栅网反射圆极化器。
专利摘要本实用新型的3mm波星载测云天线，包括准光学馈源(5)、副反射面(4)、碳纤维主反射面(1)、底面蜂窝板(3)、可展开支架机构(2)和闭合底座(6)。本实用新型采用准光学馈源技术，减小了馈源网络产生的插入损耗，实现了双通道共用主面；同时通过准光学馈源进行馈电，集成收发两个通道，工作于高达94GHz的频率，波长更接近云粒子的尺度，减少了大气衰减影响，适应于多种云探测机理的需要。同时，本实用新型采用可展开的结构形式，减小了天线体积，充分地利用了有限的空间。
文档编号H01Q1/08GK202395160SQ20112056861
公开日2012年8月22日 申请日期2011年12月29日 优先权日2011年12月29日
发明者刘越东, 杨雨田, 许戎戎 申请人:北京遥测技术研究所