专利名称：二元螺旋阵列天线馈电装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于微波通信领域，特别涉及在微波通信系统中使用宽波束、宽频带 和圆极化的天线实现无线电通信、测距和导航定位等领域。
背景技术：
螺旋自从1946年被发现可以用做天线以来，螺旋天线得到了极其广泛的应用，其 圆极化、高增益和结构简单性对空间应用来说独具吸引力。螺旋天线不仅在宽频带上具有 近乎一致的阻抗特性，而且他的性能对导线尺寸和螺旋节距不敏感，他的互阻抗几乎可以 忽略，因此很容易用来组阵。对于螺旋阵列天线，天线的馈电装置的性能尤为重要，直接影 响着天线的电气和结构性能，这样就对馈电装置提出了很高的要求频带内幅度分配误差 小、相位一致性好、损耗低、体积小。同时馈电装置还要必须能够与组阵单元很好的匹配，使 天线能够得到较好的驻波性能。目前国内外对螺旋天线及螺旋阵列天线的馈电研究已经取得了一定的成果，从公 开刊物及公开渠道上见报道的螺旋天线的馈电基本上都是采用同轴形式的馈电方法，螺旋 阵列天线的馈电装置基本上是采用同轴功分网络。国内有少数报道的螺旋阵列天线采用了 矩形径向线的馈电方案，使用新型耦合探针从径向线中提取能量，并激励短螺旋天线，从而 实现高功率微波的圆极化辐射。仅有一篇中国专利(专利申请号CN94115991.4)报道了 具有螺旋天线阵列和波导的平面天线，其采用了主馈波导与辅馈波导结合的方式对螺旋阵 列进行馈电，馈电波导包括一个主馈波导和一组副馈波导，其中每一个副馈波导有多个螺 旋天线单元，每个副馈波导通过一个孔耦合到主馈波导，馈电的天线形式是平面天线。该专 利设计的馈电装置不具备阻抗调节手段，也没有对天线阵进行机电一体化设计，且馈电的 天线形式仅限为平面天线。
发明内容本实用新型的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供了一种性能优良、结构 简单、可靠性高的馈电装置，该装置实现了较宽频段范围内馈电装置与天线的驻波良好匹 配，满足了空间应用的工作环境要求。本实用新型的技术解决方案是二元螺旋阵列天线馈电装置，包括波导支撑、90 度E面拐弯波导和波导T型功分器；所述的波导支撑由射频输入输出口、馈电直波导和加强 筋板构成 ’波导T型功分器包括可调节短路板、T型功分器和阻抗匹配段；90度E面拐弯波导将波导T型功分器和波导支撑连成一体；可调节短路板通过螺 钉连接在T型功分器的短路端，且可调节短路板在所述的短路端位置可调，两个阻抗匹配 段安装在T型功分器上部两螺旋单元的插入处，所述的两螺旋单元在T型功分器腔体的几 何中心对称分布；T型功分器的输入端连接90度E面拐弯波导的一端，90度E面拐弯波导 的另一端连接馈电直波导的一端，馈电直波导的另一端连接射频输入输出口，馈电装置局 部安装加强筋板。[0007]所述的90度E面拐弯波导的倾角45度。本实用新型与现有技术相比有益效果为(1)本实用新型增加了二元螺旋阵列天线加工成形后的电性能的调节手段，通过 对波导T型功分器的短路面位置的调节(即调节可调节短路板)能够优化天线的驻波比， 能够在较宽频带范围内解决馈电相位的色散问题，成功地实现了馈电装置与组阵的螺旋单 元、波导T型功分器本身及波导馈电到螺旋同轴馈电转换的良好匹配，降低了天线加工难度。(2)本实用新型展宽了二元螺旋阵列天线的工作频段，该馈电网络能够在较宽的 频段内给辐射的螺旋单元提供等幅同相的馈电，馈电网络的相位一致性非常好，损耗低。(3) 二元螺旋阵列天线采用波导T型功分器对螺旋单元进行馈电，相比于传统的 同轴馈电装置，该馈电装置的结构简单、体积小、重量轻。(4)整个馈电装置全部由金属一体化加工制成，连接方式全部是波导连接，避免了 高频接插件及波导同轴转换的引入，提高了整个天线的可靠性和稳定性。(5)采用该馈电装置的天线已经成功地通过了高振动量级、高温差、高真空等空间 环境的考核，满足空间应用的要求。
图1为本实用新型二元螺旋阵列天线的结构示意图；图2为本实用新型二元螺旋阵列天线馈电装置的电气简图；图3为本实用新型二元螺旋阵列天线馈电装置的结构示意图；图4为本实用新型波导T型功分器的示意图，其中4a为俯视图，4b为剖视图；图5为X频段二元螺旋阵列天线的驻波测试结果图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步说明。本实用新型的馈电装置克服了传统的馈电装置的技术局限，采用了可调节型的波 导T型功分器3实现了较宽频段范围二元螺旋阵列天线的馈电要求。二元螺旋阵列天线的 结构示意图如图1所示，天线主要由两个螺旋单元4固定在反射板5上，螺旋内导体插入波 导T型功分器3，连接方式为螺钉连接，组阵螺旋单元为3/4圈双线背射螺旋天线，馈电装置 主要是可调节的波导T型功分器3。馈电装置的电气简图见图2所示，主要由T型功分器32 的输入端A、腔体B、可调节短路板31及阻抗匹配段33等组成，该馈电装置实现了对二元螺 旋阵的等幅同相馈电及天线驻波匹配等功能。馈电装置的结构示意图见图3所示从图中 可见，馈电装置包括波导支撑1、90度E面拐弯波导2和波导T型功分器构成3。90度E面 拐弯波导2将波导T型功分器3和波导支撑1连成一体；波导支撑1由射频输入输出口 11、 馈电直波导12和加强筋板13构成，馈电直波导12的一端连接90度E面拐弯波导2，另一 端连接射频输入输出口 11，为了简化结构以及减轻重量考虑，将馈电直波导12和天线支架 一体加工，采用局部增加筋板13的方式来保证强度和刚度的要求。90度E面拐弯波导2采 用弯波导将馈电直波导12和波导T型功分器3连接为一体，弯波导的倾角设计为45度时， 90度E面拐弯波导2的插损最小。波导T型功分器3主要由可调节短路板31、T型功分器32和阻抗匹配段33等构成，是整个馈电装置的核心，T型功分器32的输入端A连接90度E 面拐弯波导2。为了更好的降低天线的反射损耗，波导T型功分器3的短路面设计成可调节 型的，即采用可调节短路板31与T型功分器32螺钉连接的方式，加工完成后通过对可调节 短路板31位置的调节(在实际工程中通常采取增加不同厚度的垫片来改变螺旋单元4插 入馈电装置的内导体与可调节短路板31之间的距离)可以优化整个天线的驻波性能。在T 型功分器32上通过优化设计选取合适的位置，使螺旋单元4的内导体能够合理的插入T型 功分器32，保证馈电装置对螺旋单元4的馈电是等幅同相的，理论上两组阵的螺旋单元间 的距离选为半波长，考虑实际工程中对天线波束覆盖区的不同要求，可以在半波长的距离 基础上进行适当的调节以满足工程实际的需求。在螺旋单元4内导体插入的位置设计合适 的阻抗匹配段33，使螺旋单元4能够与波导T型功分器3良好的匹配，阻抗匹配段33的位 置在螺旋单元的插入之处，两螺旋单元在T型功分器32腔体的几何中心处对称的分布，阻 抗匹配段33的设计原则是采用微波工程领域中最基本的阻抗变换原则进行匹配设计的。实施例下面以X频段二元螺旋阵列天线为例详细介绍本申请馈电装置。本实施例中，波 导支撑1的射频输入输出口 11采用BJ-84标准波导接口，馈电直波导12采用BJ-84标准 直波导，加强筋板13采用了 3个加强筋构成，直波导的长度为147. 65mm。90度E面拐弯波 导2的倾角为45度，弯波导的直角边长度为10. 7mm。波导T型功分器3给出了影响电性能 的内腔尺寸，其俯视图见图4a所示，输入端长度11 = 15mm，宽度为wl = 28. 5mm，高度H = 12. 6mm ；腔体的长度为12 = 26mm,宽度为w2 = 54mm高度H = 12. 6m m ；可调节短路板31 位于波导T型功分器3的短路端，其宽度为54mm高度为12. 6mm,可调节短路板31的位置设 计成可调的，本案例中，设计了 0. 5mm、1mm、1. 5mm和2mm四种厚度的调节垫片用于加工完成 后天线驻波的调节；两阻抗匹配段33在T型功分器32腔体的几何中心处对称的分布，间距 D = 25mm,变换段的具体尺寸见图4b所示，螺旋单元4插入T型功分器32的内导体直径Dl =1. 2mm，插入的深度hi = 8. 6mm,阻抗变换段的内径尺寸为D2 = 2. 8mm，变换段的长度为 h2 = 2. 5mm。通过以上设计，本发明的馈电装置的性能可以达到电性能可以使得天线在8. 38GHz 8. 52G Hz频段内驻波匹配到1. 2左右，天线 的驻波比实测值见图5所示，在8. OGHz 8. 5GHz频段内能够给辐射的螺旋单元4提供等 幅同相的馈电。结构特性本馈电装置的体积小、重量轻，馈电装置加组阵的两螺旋单元后总重量 仅0. 2kg左右，馈电装置的结构强度和刚度满足航天应用的要求，且通过了空间应用的高 振动量级、高温差、高真空等空间环境的考核。本实用新型已经应用于空间领域的二元螺旋阵列天线的馈电，具有工作频段较 宽、驻波匹配好、结构简单、体积小、重量轻、可靠性高等优点，通过了空间飞行器的飞行验 证。本发明不仅可用于空间飞行器的测控或数传天线的馈电，还可以用于地面通信天线的 馈电，且该馈电装置原理简单，而且结构紧凑，工艺简单，实用性强，结构强度和刚度较好， 具有广泛的应用场合。本实用新型未详细描述内容为本领域技术人员公知技术。
权利要求1.二元螺旋阵列天线馈电装置，其特征在于包括波导支撑(1)、90度E面拐弯波导 ⑵和波导T型功分器(3)；所述的波导支撑⑴由射频输入输出口(11)、馈电直波导(12) 和加强筋板(13)构成；波导T型功分器(3)包括可调节短路板(31)、T型功分器(32)和阻 抗匹配段(33)；90度E面拐弯波导(2)将波导T型功分器(3)和波导支撑(1)连成一体；可调节短路 板(31)通过螺钉连接在T型功分器(32)的短路端，且可调节短路板(31)在所述的短路端 位置可调，两个阻抗匹配段(33)安装在T型功分器(32)上部两螺旋单元的插入处，所述 的两螺旋单元在T型功分器(32)腔体的几何中心对称分布；T型功分器(32)的输入端连 接90度E面拐弯波导(2)的一端，90度E面拐弯波导(2)的另一端连接馈电直波导(12) 的一端，馈电直波导(12)的另一端连接射频输入输出口(11)，馈电装置局部安装加强筋板 (13)。
2.根据权利要求1所述的二元螺旋阵列天线馈电装置，其特征在于所述的90度E面 拐弯波导⑵的倾角45度。
专利摘要二元螺旋阵列天线馈电装置，包括波导支撑、90度E面拐弯波导和波导T型功分器；所述的波导支撑由射频输入输出口、馈电直波导和加强筋板构成；波导T型功分器包括可调节短路板、T型功分器和阻抗匹配段；90度E面拐弯波导将波导T型功分器和波导支撑连成一体；可调节短路板通过螺钉连接在T型功分器的短路端，且可调节短路板在所述的短路端位置可调，两个阻抗匹配段安装在T型功分器上部两螺旋单元的插入处，所述的两螺旋单元在T型功分器腔体的几何中心对称分布；T型功分器的输入端连接90度E面拐弯波导的一端，90度E面拐弯波导的另一端连接馈电直波导的一端，馈电直波导的另一端连接射频输入输出口，馈电装置局部安装加强筋板。
文档编号H01Q21/00GK201781059SQ20102027656
公开日2011年3月30日 申请日期2010年7月29日 优先权日2010年7月29日
发明者冯尚森, 凌闽河, 周卫来, 曹启东, 赵峰 申请人:西安空间无线电技术研究所