馈源及天线系统的制作方法

本实用新型涉及天线技术，特别是馈源及包含馈源的天线系统。

背景技术：

天线系统包括金属反射面和馈源。馈源是天线系统的初级辐射器，用于将电信号转换成电磁波。根据天线的类型，天线系统可以包括一个或多个反射面。在发射状态，馈源产生的电磁波在金属反射面反射之后，形成向空气中辐射的窄波束。例如，在抛物面天线中，馈源发射的球面波经抛物面反射后为变换成平面波，沿抛物面轴向辐射窄波束。

然而，现有的天线系统中需要采用馈源支架将馈源安装在反射面的合适位置上。如果馈源未准确地设置于抛物面焦点，将会引起口径效率下降。此外，对于正馈式抛物面天线，由于抛物面反射的电磁波在抛物面中心处被馈源所遮挡，从而是无效的部分。如果馈源的方向图在0°方向增益高，则会降低天线系统的口径效率。

因此，期望进一步改进馈源的结构以提高天线辐射效率并且便于安装和调试。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供馈源及天线系统，以解决现有技术中的技术问题。

根据本实用新型的一方面，提供一种馈源，其特征在于，包括：波导管，用于传输电磁波且作为初级辐射源提供初级辐射的电磁波；副反射面，用于反射所述初级辐射的电磁波；以及介质头，用于连接所述波导管和所述副反射面，其中，所述波导管包括管壁及其围绕的中心孔，所述中心孔沿纵向延伸，所述波导管还包括位于管壁上的多个横向环。

优选地，所述波导管的前端包括第一开口，使得所述介质头的后端可以插入所述波导管的中心孔中，所述波导管的后端包括第二开口，用于连接外部的收发信机以传送电信号。

优选地，所述波导管还包括用于连接至天线的主反射面的法兰，所述法兰位于所述波导管的后端。

优选地，所述多个横向环彼此平行，并且邻近所述波导管的后端。

优选地，所述波导管从前端至后端的方向上，所述中心孔的尺寸大致恒定，且所述管壁的厚度两袖逐渐增大。

优选地，所述多个横向环与所述管壁整体形成。

优选地，所述介质头包括用于与所述副反射面连接的前端面和与所述波导管连接的后端面。

优选地，所述介质头的前端面包括锥孔区，所述介质头的后端面包括直径不同的多个圆孔形成的连续贯通形成的盲孔，在所述介质头的后端面至前端面的方向上，所述多个圆孔的直径逐渐减小。

优选地，所述副反射面包括前端面和后端面，所述副反射面的后端面与所述介质头的前端面匹配连接。

优选地，所述副反射面的前端面为平整的圆形表面。

优选地，所述副反射面的后端面包括外边缘的齿状区和中间的锥体区，所述副反射面的锥体区与所述介质头的锥孔区形状匹配。

优选地，所述副反射面的前端面上开设有减重孔。

根据本实用新型的另一方面，提供一种天线系统，其特征在于，包括：主反射面，用于辐射或汇聚电磁波；上述的馈源；以及支架，用于支撑所述主反射面，其中，所述馈源从所述主反射面的焦点位置延伸穿过所述主反射面到达其背面。

优选地，所述馈源固定在所述主反射面上。

优选地，所述主反射面为环焦抛物面。

根据本实用新型实施例的馈源，波导管还包括在下部管壁上形成的多个横向环。因而，至少一部分波导管构成波纹管。所述多个横向环用于降低表面波，使馈源方向图0°方向下降，从而减小副反射面对反射电磁波的遮挡，以及避免馈源与反射面安装在一起时对电磁波的传输效率的不利影响。该馈源可以提高天线系统的整体增益。

根据该实施例的天线系统，馈源从反射面的焦点位置延伸到达反射面的背面，并且直接安装在反射面上。该天线系统的馈源不需要附加的馈源支架，便于安装和调试。

附图说明

通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出根据本实用新型实施例的天线系统的结构示意图；

图2示出根据本实用新型实施例的天线系统中使用的馈源的立体图；

图3示出根据本实用新型实施例的天线系统中使用的馈源的截面图；

图4示出图2所示的馈源在一个频率下的方向图仿真结果；

图5示出图2所示的馈源在另一频率下的方向图仿真结果。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本实用新型。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。

应当理解，在描述某个结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且，如果将该结构翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”。如果为了描述直接位于另一层、另一个区域上面的情形，本文将采用“A直接在B上面”或“A在B上面并与之邻接”的表述方式。

本实用新型可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。

通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出根据本实用新型实施例的天线系统的结构示意图。该天线系统1000包括馈源100、反射面200和支架220。馈源100从反射面200 的焦点位置延伸穿过反射面200，到达反射面的背面。反射面200安装在支架220上。

支架220用于支撑天线系统的自重。进一步地，该支架220还可以用于安装配电箱、电机和驱动机构。天线系统可以根据控制信号转动馈源100和反射面200，从而改变天线的主辐射方向。

反射面200的形状为抛物面。例如，反射面200由抛物线旋转360°得到，其中抛物线的方程为y＝x²/4f，f为抛物线焦距。优选地，在抛物面中心有半径为r的环焦。抛物面的作用是对馈源辐射出的电磁波进行反射与汇聚。反射面200例如由铝合金板构成，厚度例如为1.5mm-3mm，或者由玻璃钢或碳纤维构成主体，然后在主体表面粘附金属箔、金属网或金属栅。网孔的尺寸与天线工作频率的波长相关。例如，网孔的最大尺寸小于λ/8～λ/10，其中，λ是天线工作频率的波长。如果网孔的尺寸过大，则电磁波容易穿透反射面，导致天线无法正常工作。

馈源100是天线系统的初级辐射器，用于将电信号转换成电磁波。馈源100的一端连接至收发信机。在发射状态，收发信机产生电信号，经由波导管传输至馈源100的前端面。根据天线的类型不同，馈源100 的前端面产生的电磁波直接辐射至反射面200，或者经由副反射面反射至反射面200，然后经由反射面200向空间辐射。在抛物面天线中，馈源100发射的球面波经抛物面的反射面200反射之后为变换成平面波，沿抛物面轴向辐射窄波束。在接收状态，反射面200收集空间传输的电磁波。根据天线的类型不同，反射面200将电磁波直接汇聚至馈源100 的前端面，或者先汇聚至副反射面，然后由副反射面聚焦至馈源100的前端面，经由波导管传输至收发信机并且转换成电信号。

与现有技术的天线系统不同，根据该实施例的天线系统的馈源100 从反射面200的焦点位置延伸到达反射面的背面，并且直接安装在反射面200上。该天线系统1000的馈源100不需要附加的馈源支架，便于安装和调试。

图2和3分别示出根据本实用新型实施例的天线系统中使用的馈源的立体图和截面图。馈源100包括副反射面110、介质头120和波导管130。在该实施例中，波导管130作为初级辐射源，用于提供初级辐射的电磁波，副反射面100作为一次反射面，用于反射初级辐射的电磁波。如图所示，波导管130包括在下部管壁上形成的横向环132。因而，至少一部分波导管130构成波纹管。

副反射面110包括由一组圆环形金属齿构成的高阻抗表面。副反射面110的前端面111为大致平整的圆形，后端面包括外边缘的齿状区112 和中间的锥体区113。副反射面110的表面阻抗与齿状区112的齿深度相关。因此，副反射面110的尺寸与形状将影响反射电磁波幅度与相位的空间分布。副反射面110的各部分尺寸可以通过遗传算法优化得到。副反射面110所用材料例如为铝。

介质头120在结构上起支撑和连接副反射面110和波导管130的作用。在电性能上也将影响馈源的驻波、主极化与交叉极化分量的幅度和相位方向图。介质头120的前端面121为锥孔区，与副反射面110的锥体区113相匹配。介质头120的后端插入波导管130的中心孔中。进一步地，介质头120的后端面122包括多个直径不同的圆孔，从后端面122 开始，多个圆孔连续贯通，并且直径逐渐减小，形成盲孔。所述多个圆孔起到阻抗匹配的作用。孔的直径和长度可以通过遗传算法优化得到。介质头120由介电常数稳定、低损耗、机械性能良好的实心介质材料构成。例如，介质头120可以由选自陶瓷、FR4、F4B(聚四氟乙烯)、 HDPE(高密度聚乙烯，High Density Polyethylene)、ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)中的一种材料组成。

波导管130在天线系统中起到初级辐射源的作用。波导管130的形状为中空圆管，包括管壁131及其围绕的中心孔。波导管130的前端135 包括开口，使得介质头120的后端可以插入波导管130的中心孔中。波导管130的后端134包括开口，从而可以与收发信机相连接。尽管未示出，然而，波导管130的后端134还可以包括附加的法兰，用于将波导管130固定在反射面200上。波导管130所用的材料例如为铝，并且可以是金属成型件。

与现有技术的馈源不同，根据该实施例的馈源100中，波导管130 还包括在下部管壁上形成的多个横向环132。因而，至少一部分波导管130构成波纹管。所述多个横向环132间隔开预定距离。在该实施例中，所述多个横向环132与波导管130的管壁131整体形成。在替代的实施例中，所述多个横向环132是独立形成的部分，并且利用螺钉或焊接等方式固定在波导管130的管壁131上。所述多个横向环132用于降低表面波，从而可以提高电磁波的传输效率，以及避免波导管130与反射面 120安装在一起时对电磁波的传输效率的不利影响。

优选地，波导管130的中心孔的尺寸大致恒定，管壁131的厚度从其前端至后端逐渐增加。该结构有利于减轻波导管的自重，同时为整个馈源提供足够的机械支撑作用。

图4和5分别示出图2所示的馈源在不同频率下的方向图仿真结果，其中分别示出工作频率为12.5GHz和14.25GHz的情形下沿不同方向的增益。如图4及图5所示，在工作频率为12.5Ghz及14.25GHz的情形下，方向图0°方向有明显的凹陷，从而降低了副反射面对主反射面反射电磁波的遮挡。根据该实施例的馈源在波导管的下部添加横向环用于降低表面波，从而使得馈源的方向图在0°方向增益减小，从而提高馈源反射面天线的整体增益，减小了第一旁瓣和远场旁瓣。该馈源还可以降低交叉极化水平，以及实现较宽的频带。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。