一种宽波束圆极化阵列天线单元的制作方法

本发明涉及一种天线，特别是涉及一种宽波束圆极化阵列天线单元，属于相控阵天线技术领域。

背景技术：

相比传统的机械扫描天线，相控阵天线能够实现快速的无惯性波束扫描，并且具有剖面低、重量轻、可靠性高等优点，已成为现如今卫星通信系统中的最佳选择。

为了能够与卫星实现通讯，一般要求天线具有较宽的圆极化波束宽度，并能保持一定的低仰角增益。因此，具有宽角扫描特性的圆极化相控阵天线成为现今相控阵领域的研究重点。而要实现相控阵天线的宽角扫描，根据阵列方向图综合原理，首先要面临的问题是阵列单元的波束宽度。现有的圆极化阵列天线单元的圆极化器结构较复杂，难以同时满足圆极化、宽波束、易加工的要求。

技术实现要素：

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种兼具圆极化、宽波束、易加工等优点，适用于宽角扫描圆极化相控阵天线的宽波束圆极化阵列天线单元。

本发明的技术解决方案是：一种宽波束圆极化阵列天线单元，包括介质a、介质b、介质c、壳体a、壳体b和l形探针；介质c固定在壳体b内；所述l形探针下端穿过介质c并突出到壳体b中；所述壳体b固定于壳体a内；所述介质a和介质b均固定于壳体a内。

所述介质a、介质b和介质c均采用绝缘材料制成。

所述壳体a、壳体b和l形探针均采用金属材料制成。

所述壳体b为馈电结构的外壳，整体为空心圆柱体结构。

所述介质c为一圆柱形介质块，固定在壳体b前段的圆柱形空腔内；所述l形探针下端穿过介质c的中心并突出到壳体b后段的空腔中。

所述壳体a中段为矩形空腔结构，矩形四边为圆角；所述壳体a前段内部为一圆柱形空腔，空腔内壁突出两条金属脊；所述壳体b固定于壳体a后段的同尺寸圆柱形空腔内。

所述介质b为两段矩形介质拼接而成，并固定于壳体a的中段，其中介质b的前段填满壳体a内的矩形空腔，介质b的后段填充壳体a内矩形空腔的一半。

所述l形探针穿过壳体a未被介质b填充的矩形空腔部分，l形探针的上端焊接到壳体a的侧壁上。

所述介质a填满壳体a前段内部的空腔。

所述介质a与壳体a构成的介质填充脊波导结构，与由介质b前段以及壳体a中段构成的介质填充矩形波导直接相连，所述两条金属脊顶点的连线与矩形波导的长边夹角为45°。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明采用矩形波导激励旋转45°放置的脊波导实现圆极化辐射，圆极化器仅由金属和介质构成，无复杂或细小结构，尺寸公差大，具有圆极化效果好、加工工艺简单，加工难度低的突出优势。

(2)本发明采用介质填充缩小了天线单元的水平尺寸，同时展宽了天线单元波束宽度，适用于宽角扫描相控阵天线。

附图说明

图1是本发明的宽波束圆极化阵列天线单元剖面结构图；

图2是本发明的宽波束圆极化阵列天线单元向外观图a；

图3是本发明的宽波束圆极化阵列天线单元向外观图b；

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。

如图1所示，本发明公开了一种宽波束圆极化阵列天线单元，由介质a1、介质b2、介质c3、壳体a4、壳体b5和l形探针6组成。介质a1、介质b2、介质c3采用绝缘材料制成，壳体a4、壳体b5和l形探针6采用金属材料制成。除l形探针6以外，其余各部分均可由机械铣削加工完成，接下来按图1依次嵌套装配并点铆固定。

如图1及图3所示，介质c3为一圆柱形介质块，固定在壳体b5前段的圆柱形空腔内。l形探针6下端穿过介质c3中心并突出到壳体b5后段的空腔中。上述结构中，壳体b5的后段与l形探针6的下端共同构成标准smp-j接口，该接口位于整个天线单元的后端，实现天线单元与tr组件的对插连接，连接可靠性高且维修方便。介质c3、壳体b5前段以及l形探针6下端共同构成同轴线传输结构，实现smp-j接口到同轴线的同轴tem模式电磁波的传输。

如图1及图3所示，壳体a4中段为矩形空腔结构，为方便铣削加工，四边为圆角。介质b2为两段矩形介质拼接而成，并固定于壳体a4的中段。介质b2的后段填充壳体a4内矩形空腔的一半，l形探针6穿过壳体a4未被介质b2填充的矩形空腔部分，l形探针6的上端焊接到壳体a4的侧壁上，上述结构可实现同轴tem模式到矩形波导te10模式的转换。介质b2的前段填满壳体a4内的矩形空腔，构成介质填充矩形波导，实现矩形波导te10模式电磁波的传输。

如图1及图2所示，壳体a4前段内部为一圆柱形空腔，空腔内壁突出两条金属脊，介质a1填充满壳体a4前段内部的空腔，构成介质填充脊波导结构。该介质填充脊波导结构与上文所述的由介质b2前段以及壳体a4中段构成的介质填充矩形波导直接相连，并由矩形波导中传输的te10模式电磁波进行激励。脊波导中，两条脊顶点的连线与矩形波导的长边夹角为45°，因此，矩形波导中传输的te10模式电磁场可在脊波导中激励起相互正交的两种模式的电磁波。而由于脊的存在，这两种模式传输的相速度不一致，经过一段距离的传输后，两种模式的相位相差90°，此时电磁波由脊波导前端的开口辐射到开放空间，实现天线单元的圆极化辐射

下面给出一个具体实施例：

1、介质a采用聚酰亚胺(pi)材料，介电常数3.2，损耗角正切0.01，介质高度3.1mm，脊长度0.75mm，宽0.86mm，脊四边圆角半径为0.43mm；

2、介质b采用聚酰亚胺(pi)材料，介质填充矩形波导段长度0.85mm，介质半填充矩形波导段长度2.85mm，矩形波导四边圆角半径1mm；

3、介质3采用聚酰亚胺(pi)材料，长度1.15mm，半径1.1mm；

4、l形探针半径0.25mm，弯折半径0.7mm；

5、壳体a和壳体b采用金属材料。

经测试本实施例的天线结果如下：

频率：ka频段；

驻波比：≤1.5；

2db轴比波束宽度：142.5°

半功率波束宽度：122°；

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域的公知技术。

技术特征：

技术总结
一种宽波束圆极化阵列天线单元，由介质a、介质b、介质c、壳体a、壳体b和L形探针组成，壳体a与介质a共同构成介质填充脊波导结构，介质b与壳体a构成介质填充矩形波导——介质半填充矩形波导结构，L形探针的前端连接到壳体a上，介质c、壳体b与L形探针共同构成天线单元的同轴馈电结构，并在单元的底部构成标准SMP‑J接口。本发明结构简单、性能优良，具有低轴比、宽波束、易加工、连接可靠等优点，适用于宽角扫描圆极化相控阵天线。

技术研发人员：姚家玮;邓昊;孟明霞;肖伟清;史永康
受保护的技术使用者：北京遥测技术研究所;航天长征火箭技术有限公司
技术研发日：2018.11.26
技术公布日：2019.04.05