一种背射式的宽带圆极化馈源的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型所属微波天馈技术领域，具体是指一种用于给电小口径反射面馈电的背射式宽带圆极化馈源。
【背景技术】
[0002]全固态微波源具有体积小、重量轻、便于维护、可靠性高、效率较高等优势，逐渐在很多应用领域中取代了电真空管。利用大口径反射面天线辐射固态源的大功率微波时，将面临大口径反射面天线加工难度大、成本高的难题，且多个固态微波源先路合成再发射也存在损耗较高等难题。因此，采用多台单模块固态微波源馈电的电小口径反射面天线组成口径阵列，在空中实现口径合成，是实现固态源大功率微波源高增益辐射的有效途径之一。然而对于电小尺寸的反射面天线来说，如果采用前馈式馈电方式将使得馈线较长，不仅馈线插损较大，且馈线对口面也会有一定遮挡，如果采用传统的卡塞格伦天线后馈方式，副反射面将对电小尺寸口面造成较大的遮挡。因此急需一种无需副反射面的后馈式馈源，用于给电小口径反射面天线馈电。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的是提供一种背射式的宽带圆极化馈源，以减少馈线或副面对电小反射面天线口径的遮挡，提高口面效率，同时采用半径和螺距渐变设计，获得较宽的阻抗带宽和圆极化轴比带宽。
[0004]为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案:
[0005]一种背射式的宽带圆极化馈源，包括馈源支撑、射频接头、扼流同轴外筒和锥筒形介质支撑，所述馈源支撑的一端通过螺钉与天线的内弧面固定连接，馈源支撑的另一端通过螺钉与扼流同轴外筒连接；扼流同轴外筒的一端伸入在馈源支撑内部，扼流同轴外筒的另一端与锥筒形介质支撑的锥口连接；射频接头设置在扼流同轴外筒内，射频接头一端连接同轴内芯，所述同轴内芯穿过扼流同轴外筒后与锥筒形介质支撑内的导体连接。
[0006]在上述技术方案中，所述同轴内芯设置在扼流同轴外筒内，同轴内芯与扼流同轴外筒之间设置有填充介质。
[0007]在上述技术方案中，所述同轴内芯与扼流同轴外筒之间设置有若干种介电常数不同的填充介质。
[0008]在上述技术方案中，所述同轴内芯与扼流同轴外筒之间设置三种填充介质，从同轴内芯的一端到另一端依次分为三段，第一段和第三段填充介质的介电常数一致，中间段的介电常数与另两段的不同。
[0009]在上述技术方案中，所述锥筒形介质支撑内的导体螺旋状，导体为导体线绕制而成，卷绕形状为多匝半径和螺距渐变的螺旋线，螺旋半径由靠近扼流同轴外筒端开始由小变大。
[0010]在上述技术方案中，所述导体线截面包括但不限于圆形，方形或三角形。
[0011]在上述技术方案中，所述扼流同轴外筒中间的外周环侧设置有折叠的两个金属环槽，环槽开口方向相反。
[0012]在上述技术方案中，所述扼流同轴外筒与锥筒形介质支撑接触的一端设置有螺旋切口。
[0013]在上述技术方案中，所述扼流同轴外筒螺旋切口的螺旋方向向与螺旋导体的螺旋方向一致。
[0014]在上述技术方案中，背射式的宽带圆极化馈源的效相位中心与天线反射面的焦点重合。
[0015]本实用新型的工作原理:馈源安装在电小口径抛物反射面的底部，微波通过射频接头馈入后，经介质填充的同轴传输线传输到螺旋导体上，以背向形式辐射到反射面。其中扼流同轴外筒的端口为螺旋切口，旋向与螺旋导体旋向一致，以降低同轴端口的开路反射；同轴介质填充中插入一段不同介电常数的阻抗匹配段，以实现馈源的宽频带阻抗匹配；扼流同轴外筒的外围有一圈摺叠的环形槽，用于阻断沿外壁爬行的电流，避免扰乱馈源的方向图。
[0016]综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是:
[0017]本实用新型结构简单、易于实现、工作频带宽，非常适合作为电小反射面天线的馈源，可广泛应用于大功率微波发射系统、雷达系统等领域。通过本实用新型的结构以减少馈线或副面对天线口径的遮挡，提高口面效率，同时采用半径和螺距渐变设计，可获得较宽的阻抗带宽和圆极化轴比带宽。
【附图说明】
[0018]本实用新型将通过例子并参照附图的方式说明，其中:
[0019]图1是本实用新型的总体结构示意图；
[0020]图2是扼流同轴外筒结构图；
[0021 ] 图3是扼流同轴外筒的螺旋切口 ；
[0022]图4是馈源的端口反射系数曲线；
[0023]图5是反射面天线在+Z轴方向上的增益随频率变化曲线；
[0024]图6是反射面天线在+Z轴方向上的轴比随频率变化曲线；
[0025]其中:1是螺栓；2是馈源支撑；3是射频接头；4是紧固螺钉；5是扼流同轴外筒；6是填充介质a ；7是同轴内芯；8是填充介质b ;是9是填充介质c ;是10是螺旋导体；11是锥筒形介质支撑。
【具体实施方式】
[0026]如图1所示，本实用新型包括一组螺栓、馈源支撑、射频接头、紧固螺钉、扼流同轴外筒、介质填充a、同轴内芯、介质填充b、介质填充、螺旋导体个锥筒形介质支撑几部分构成，图中的虚线为实际安装的天线内弧面。馈源支撑通过螺栓一端固定在天线的内弧面内。馈源支撑为结构件，可用金属或非金属材料加工，用于将馈源支撑在反射面旋转轴线上，且馈源等效相位中心与反射面的焦点重合，扼流馈源外筒可沿轴线微调位置并用紧固螺钉顶紧固定。
[0027]如图2所示，扼流同轴外筒为导体制造，外部有多层折叠裙边，起扼流作用，避免电流沿外筒外壁爬行而扰乱馈源方向图。扼流同轴外筒的一端通过紧固螺钉伸入馈源支撑内与之连接一体，扼流同轴外筒的另一端设置有螺旋切口，如图3所示。
[0028]同轴内芯设置在扼流同轴外筒内，同轴内芯采用导体材料加工，一端与射频头连接，一端与锥筒形介质支撑内的螺旋导体连接，实现射频微波在馈源内的传输馈电。在同轴内芯与扼流同轴外筒内之间设置有填充介质，填充介质a和填充介质c为同一种介质材料，用于填充同轴传输线内外导体之间的空隙，所述填充介质b的介质材质与填充介质a和填充介质c不同，其相对介电常数的不同而导致同轴传输线阻抗与其它两端不同，通过优化设计填充介质b这一段的长度和阻抗失配比，实现馈源的宽频带阻抗匹配。
[0029]所述螺旋导体采用导体线绕制而成，导体线截面不限于圆形，方形或三角形皆可，卷绕形状为多匝半径和螺距渐变的螺旋线，螺旋半径由靠近同轴切口端开始由小变大，螺距略微增加，以获得较宽的工作频带。锥筒形介质支撑为介质材料制造，通常采用介电常数接近于I的材料，如(但不局限于)硬泡沫加工而成，用于支撑螺旋导体，防止因螺旋导体的形变导致电性能改变。
[0030]实施例:
[0031]按上述实用新型方案设计了一款工作频率范围为2.3GHz~3.4GHz的背射式的宽带圆极化馈源率微波馈源，其中金属导体部件采用黄铜制造；介质填充a和c材料为聚四氟乙烯(er=2.1)，介质填充b材料为尼龙(er=3.2)，锥筒形介质支撑为射频用硬泡沫材料
(l)o
[0032]对以上设计的馈源仿真进行全电磁波仿真分析，反射系数曲线如图4所示，在工作频带2.3GHz~3.4GHz范围内的反射系数S11均低于14dB，相对带宽达到40%。通过对比馈源在4个典型频点的方向，可见馈源的方向图均为背射方向，增益也保持基本一致，在8.ldB~8.8dB之间变动，且圆极化轴比在3dB以内。
[0033]将设计的馈源安装在口径Φ800πιπι，焦径比为0.375的抛物面上，得到的主波束都在+Z轴方向，波束波束宽度随频率升高而变窄，+Z轴方向上的增益随频率变化曲线如图5所示，整个带宽范围内增益均大于23dB，轴比随频率变化曲线如图6所示，整个带宽范围内轴比均小于3dB。
[0034]本实用新型并不局限于前述的【具体实施方式】。本实用新型扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组入口 O
【主权项】
1.一种背射式的宽带圆极化馈源，其特征在于包括馈源支撑、射频接头、扼流同轴外筒和锥筒形介质支撑，所述馈源支撑的一端通过螺钉与天线的内弧面固定连接，馈源支撑的另一端通过螺钉与扼流同轴外筒连接；扼流同轴外筒的一端伸入在馈源支撑内部，扼流同轴外筒的另一端与锥筒形介质支撑的锥口连接；射频接头设置在扼流同轴外筒内，射频接头一端连接同轴内芯，所述同轴内芯穿过扼流同轴外筒后与锥筒形介质支撑内的导体连接。
2.根据权利要求1所述的一种背射式的宽带圆极化馈源，其特征在于所述同轴内芯与扼流同轴外筒之间沿轴线方向依次设置有若干种介电常数不同的填充介质。
3.根据权利要求2所述的一种背射式的宽带圆极化馈源，其特征在于所述同轴内芯与扼流同轴外筒之间设置有三种填充介质，从同轴内芯的一端到另一端依次分为三段，第一段和第三段填充介质的介电常数一致，中间段的介电常数与另两段的不同。
4.根据权利要求1所述的一种背射式的宽带圆极化馈源，其特征在于所述锥筒形介质支撑内的导体为螺旋状，导体为导体线绕制而成，卷绕形状为多匝半径和螺距渐变的螺旋线，螺旋半径由靠近扼流同轴外筒端开始由小变大。
5.根据权利要求4所述的一种背射式的宽带圆极化馈源，其特征在于所述导体线的截面包括但不限于圆形，方形或三角形。
6.根据权利要求1所述的一种背射式的宽带圆极化馈源，其特征在于所述扼流同轴外筒中间的外周环侧设置有折叠的两个金属环槽，环槽开口方向相反。
7.根据权利要求2所述的一种背射式的宽带圆极化馈源，其特征在于所述扼流同轴外筒与锥筒形介质支撑接触的一端设置有螺旋切口。
8.根据权利要求7所述的一种背射式的宽带圆极化馈源，其特征在于所述扼流同轴外筒螺旋切口的螺旋方向向与螺旋导体的螺旋方向一致。
【专利摘要】本实用新型公开了一种背射式的宽带圆极化馈源，包括馈源支撑、射频接头、扼流同轴外筒和锥筒形介质支撑，所述馈源支撑的一端通过螺钉与天线的内弧面固定连接，馈源支撑的另一端通过螺钉与扼流同轴外筒连接；扼流同轴外筒的一端伸入在馈源支撑内部，扼流同轴外筒的另一端与锥筒形介质支撑的锥口连接；射频接头设置在扼流同轴外筒内，射频接头一端连接同轴内芯，所述同轴内芯穿过扼流同轴外筒后与锥筒形介质支撑内的导体连接。通过本实用新型使得反射面天线可以采用后馈方式减小馈线长度和插损，同时无需副反射面，避免了副反射面对口面的遮挡，从而使得口面效率得以提升。
【IPC分类】H01Q1-12, H01Q7-00, H01Q1-50, H01Q1-36
【公开号】CN204391257
【申请号】CN201520131540
【发明人】徐刚, 屈劲, 许州, 胡进光, 余川, 李才阳, 施美友, 陈世韬
【申请人】中国工程物理研究院应用电子学研究所
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年3月9日