双频双极化毫米波馈源的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于目标探测技术领域，具体涉及应用于双频毫米波测云雷达卡塞格伦反射面天线的毫米波馈源。
【背景技术】
[0002]双频双极化毫米波馈源作为双频毫米波测云雷达卡塞格伦反射面天线的初级辐射器，为其提供有效的照射。双频毫米波测云雷达是毫米波测云雷达技术的发展和延伸，是精细化探测需求的产物。
[0003]早期进行双波长探测采用双雷达，即两部不同频段的雷达同时开机，对同一目标进行探测。这种方法最大的问题是难以保证两部雷达探测的是同一目标，且设备量大，运行维护要求高。研制采用共面天线的双波长雷达，是解决上述问题的有效方法。
[0004]研制双频毫米波测云雷达的关键在于毫米波共面天线的技术突破，对于面天线，关键在于突破双频双极化毫米波馈源技术。双频毫米波测云雷达工作在Ka/W频段。在毫米波频段，特别是W频段，其波长短，使得毫米波设备的设计、加工都面临新的难题。由于毫米波其自身的特点，也限制了很多在低频段可以采取的措施的使用。
[0005]双频段双极化馈源在Ku/Ka双频段，Ka频段可以采用同轴嵌套方式嵌套在Ku频段内，Ka频段采用介质填充喇叭实现。但是这种方法若运用在W频段，介质损耗难以承受。即使采用空气介质金属波导，其损耗也不可忽略。研究表明W频段波导理论损耗3.82dB/m，实际上由于波导内壁光洁度的问题，甚至达到理论值的3?4倍，实验实测值约为13dB/m。因此，在W频段就需要采用全金属结构，并尽量简化馈源的结构。
[0006]随着双频毫米波测云雷达的发展应用，研究一种应用于反射面天线的双频双极化毫米波馈源是目前面临的一个技术难题。
【实用新型内容】
[0007]为了满足双频毫米波测云雷达的使用要求，本实用新型提供一种双频双极化毫米波馈源。
[0008]双频双极化毫米波馈源由辐射端、Ka频段正交模耦合器和W频段正交模耦合器组成；
[0009]所述辐射端由依次连接的喇叭体I和Ka频段波导2构成，既是Ka频段的辐射端又是W频段的辐射端；
[0010]所述Ka频段正交模耦合器由W频段多模喇叭、Ka频段第一馈电波导5和Ka频段第二馈电波导6构成；所述W频段多模喇叭由依次连接的Ka频段波导2、过渡圆锥台4和W频段波导3构成；所述Ka频段第一馈电波导5和Ka频段第二馈电波导6分别交错设于Ka频段波导2上，Ka频段第一馈电波导5和Ka频段第二馈电波导6相互垂直；且Ka频段第一馈电波导5的出口端和Ka频段第二馈电波导6的出口端均设有滤波器11 ;
[0011]所述W频段正交模耦合器由W频段波导3、W频段第一馈电波导7和W频段第二馈电波导8构成；所述W频段第一馈电波导7和W频段第二馈电波导8交错设于W频段波导3上，W频段第一馈电波导7和W频段第二馈电波导8相互垂直；
[0012]所述Ka频段波导2和W频段波导3均为圆波导，且W频段波导3的直径小于Ka频段波导2 ;
[0013]所述喇叭体I的小口径端连接着的Ka频段波导2的一端，Ka频段波导2的另一端通过过渡圆锥台4连接着W频段波导3的一端，W频段波导3的另一端为底端，且封闭；W频段波导3为W频段多模喇叭的馈电波导，Ka频段波导2为W频段多模喇叭的传输波导。
[0014]所述喇叭体I为竖波纹圆锥喇机，其体内布设有两个以上的沿喇叭体中心轴对称的波纹槽，所述波纹槽的槽深不小于四分之一波长，槽宽为槽周期的三分之一?二分之一。
[0015]所述W频段波导3的直径是Ka频段波导2的直径的三分之一?二分之一。
[0016]所述过渡圆锥台4的锥度为25?35度。
[0017]所述滤波器11为Ka频段通带、并具有W频段阻带的低通滤波器。
[0018]所述Ka频段第一馈电波导5、Ka频段第二馈电波导6、W频段第一馈电波导7和W频段第二馈电波导8分别位于以所述毫米波馈源的轴向为基准的四个方向。
[0019]所述Ka频段第一馈电波导5、Ka频段第二馈电波导6的波导端面均由90°切角弯头矩形波导变换为轴线平行于Ka频段波导2的矩形波导。
[0020]所述W频段第一馈电波导7和W频段第二馈电波导8的波导端面均与Ka频段波导3的矩形波导轴线垂直。
[0021]本实用新型的有益技术效果体现在以下方面:
[0022]本实用新型的双频双极化毫米波馈源采用全波导结构，单口径实现双频双极化；高频段位于中间，低频段从侧面馈电，考虑到毫米波的特点，馈源的结构越简单，则无论加工难度的克服还是最后的性能的保证，都更有可能。因此选择高频段双模馈源外接正交模耦合器，低频段从直径增加的圆波导段馈电的最简单结构方案。双极化馈源主体结构简洁，全波导结构；突破了双频双极化毫米波馈源技术难题。此外双极化要求馈电结构必须是两个，若在同一个“高度”相距90°馈电，两种极化的隔离很难保证，必须相隔一个波导波长，才可以保证两种极化隔离达到要求。高频段后端接正交模耦合器。
[0023]本实用新型所述Ka频段正交模耦合器的特点在于将传统正交模耦合器与双模喇叭相结合为一种新型正交模耦合器，这种新型结构即可替代探针馈电型正交模耦合器，也可替代波导直接馈电型正交模耦合器。如图1和图4所示，所述Ka频段正交模耦合器用W频段双模喇叭替代传统正交模耦合器的波导短路面，其中一种极化的馈电口距离短路面较近，另一种极化的馈电口与之正交90°且上移一个波长。
[0024]本实用新型所述馈源，W波段采用传统双模喇叭，如图1所示，双模喇叭主体包括W频段波导3、过渡圆锥台4和Ka频段波导2，W频段波导3为其馈电波导，Ka频段波导2为其传输波导。所述W频段馈源要实现双极化，双极化要求馈电结构必须是两个，若在同一个高度相距90°馈电，两种极化的隔离很难保证，必须相隔一个波导波长，可以保证两个极化隔离达到要求，W频段后端可以接正交模耦合器实现双极化。为保证双极化馈源合理布局，W频段正交模耦合器结构选用如图1和图4所示的传统波导直接馈电型结构。所述W频段的正交模耦合器利用W频段多模喇叭的馈电波导作为主辐射波导，即两者共用W频段波导3，所述W频段的正交模耦合器的W频段第一馈电波导和W频段第二馈电波导分别为W频段的两种极化的出口波导，并且垂直于主辐射波导，也可以通过相应的弯曲结构使得波导出口达到预期效果。所述Ka频段的两种极化出口波导和W频段的两种极化出口波导分别位于主辐射波导的四个方向，并且两两正交，上下交错，不在同一水平面，便于与后端波导的连接。
[0025]因为Ka频段波导同样可以传输一部分W频段信号，为防止串扰，提高馈源性能，在Ka频段正交模耦合器的输出矩形波导段增加滤波器，使得Ka频段通带，W频段阻带。最终的双频段双极化馈源主体结构简洁，全波导结构，可以满足设计指标要求，包括承受功率的要求，加工难度也在可接受范围内。
[0026]本实用新型设计思路不仅限于Ka/W双频段双极化馈源的设计，所述馈源可以用于其他双频段馈源设计，亦可用于除卡塞格伦反射面之外的其他反射面情况，作为初级辐射器。
【附图说明】
[0027]图1为本实用新型结构示意图；
[0028]图2为图1加金属壁并沿W频段多模喇叭和Ka频段第一馈电波导5轴向的剖视图；
[0029]图3为辐射端和Ka频段正交模耦合器结构示意图；
[0030]图4为图1的简化结构示意图；
[0031 ] 图5为卡塞格伦天线示意图；
[0032]图6为本实用新型Ka频段中心频点主极化及交叉极化方向图；
[0033]图7为本实用新型Ka频段两种极化驻波曲线图；
[0034]图8为本实用新型W频段中心频点主极化及交叉极化方向图；
[0035]图9为本实用新型W频段两种极化驻波曲线图。
[0036]上图1-4中序号:喇叭体l、Ka频段波导2、W频段波导3、过渡圆锥台4、Ka频段第一馈电波导5、Ka频段第二馈电波导6、W频段第一馈电波导7、W频段第二馈电波导8、Ka频段第一出口波导9、