专利名称：层式宽频带平面板状反射面微波天线的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种反射面微波天线，特别是一种由多个同焦点不同焦距的抛物反射面组成的层式宽频带平面板状反射面微波天线。
目前在微波领域广泛应用的天线是旋转抛物反射面天线，这种天线由于其加工精度要求高，制作工艺复杂，多使用金属材料制造等原因，使天线的体积大，重量重，造价很高，给运输和安装带来很多不便，并且常因安装误差和自重所产生的应力而使天线变形，增益降低。为此国内外天线行业一直都在寻求一种平板状天线来替代它，如介质透镜天线，菲涅尔天线等，但都因损耗大，增益低，频带窄等原因而不能使用。中国86211074U号专利公开了一种多焦距抛物面平面形卫星地面站天线，但它存在如下缺点当天线口径较大时，频带窄；平板厚度为一个波长，体积过大，并且反射面的利用效率较低。
本实用新型的目的在于克服上述不足而提供一种层式宽频带平面板状反射面微波天线。
本实用新型提供了一种层式宽频带平面板状反射面微波天线，包括馈源，支杆，天线支架和至少一层反射体，每层反射体由至少一个同焦点不同焦距的环状切割旋转抛物反射面构成，同层的各环状切割旋转抛物反射面的上缘处于一平面上，下缘处于与之平行的另一平面上。由于各环状切割旋转抛物反射面的上、下缘均等高，因而在天线口径相同的情况下，各环状切割旋转抛物反射面的个数少，容易保证在成形过程中保持各环状切割旋转抛物反射面的精度。
上述两平面的间隔距离(即每层反射体的厚度)小于中心工作波长的二分之一。
上述同层的相邻两环状切割旋转抛物反射面的焦距差为中心工作波长的二分之一，不同层，却同号的环状切割旋转抛物反射面处于同一旋转抛物母面上。
上述每层反射体包括平板状基层，环状切割旋转抛物反射面设置在平板状基层内，平板状基层的表面上有保护层。
上述环状切割旋转抛物反射面由金属网板用模具压制而成，而后置于平板形模具里填充预发泡聚苯乙烯材料经发泡形成一高强度的轻质平板状结构。
本实用新型与现有天线比较具有如下特点1.本实用新型的厚度薄，86型天线的焦距差为一个波长，90型天线的焦距差呈对数分布，本实用新型的焦距差为半个波长，本实用新型的体积小。
2.本实用新型的结构强度高，86型天线用硬质材料制一基础，其上覆铝箔，90型天线也要先制造基材，外罩玻璃钢，而本实用新型直接用聚苯乙烯材料发泡因此结构强度高，重量轻，重量约为普通旋转抛物面天线的1／5～1／10。
3.全部为模具化机械化加工，适合于大规模生产，生产成本低，本实用新型的生产成本约为普通旋转抛物面天线的1／3或更少，金属反射面无氧化和变形之虞，使寿命大大延长，天线效率得到改善。原材料成本低，工作频带宽。
总之本实用新型的中心频率，效率相当于同口径旋转抛物面天线的93％，对于边缘频率相当于76％，对于同样口径的天线工作频带更宽，对于同样的工作频带宽可以制造出口径更大的天线，对于C波段卫星接收天线，90型天线的口径只能作到3米左右，而本实用新型的单层天线口径可做到近2.8米，双层天线的口径可作到近4.5米，三层天线的口径可达5.5米，增加层数，还可做得更大。每层反射体厚度略小于λ0／2(λ0为中心工作波长)。
图1是本实用新型的反射面工作原理图。
图2是采用本实用新型制作的一个C波段卫星接收天线的外观图。
图3是C波段卫星接收天线反射体的结构图。
图1描述了本实用新型的反射面(7)的工作原理，天线由多层反射体(4)构成，每层反射体(4)由N＋1个反射面(7)构成，编号为“Kn”，K代表层号，n代表反射面(7)的号数，如“21”指第2层的第1号反射面(7)，第k层和第k＋1层反射体之间相距为dk。
每个反射面(7)由切割旋转抛物母面形成，这些抛物母面有相同的焦点，不同的焦距，相邻抛物母面的焦距差λ0／2(λ0为中心工作波长)。如第一层各反射面(7)由平面Z＝0和Z＝t(t为反射体厚度)切割抛物母面形成；第二层各反射面，由平面Z＝d1和Z＝d1＋t切割抛物母面形成。同理可形成其它所有各层的各反射面(7)。由于各层同号的反射面(7)是切割同一旋转抛物母面而形成的，所以其光程必然相同。若相应于第K层n号反射面(7)的光程为akn＋Ck，则“akn＋Ck＝a(k＋r)n＋Ck＋r’”每一层中，相邻两反射面K(n＋1)和Kn的光程差为ak(n＋1)－akn＝λ0……(1)因此每一层的第0号和第N号反射面(7)的光程差为Nλ0。
设频带范围为λ0±λm，对于中心工作波长λ0而言，所有微波信号经反射面(7)反射至焦点时，都是同相的，所以相互叠加。而当λ≠λ0时，微波信号经反射面(7)反射至焦点时，相邻反射面(7)反射来的信号，相位有一差值△θ(λ)＝｜λ－λ0｜／λ0×360°，所以不能完全叠加，而是矢量相加，使工作效率下降。显然△θ(λ)中最大的是△θ(λ0±λm)＝λm／λ0×360°，所以对边缘频率，天线的工作效率最低，在每层反射体(4)中，由公式(1)知，对边缘频率的最大相位差为△θm＝N×λm／λ0×360°。因此若N不加限定，必然使相位差太大，而使天线的工作效率显著下降。通过计算可知，当△θm≈90°时，天线在边缘频率的工作效率可达76％，据此得出了求N的公式。
设工作带宽为ㄈ％，则可得△θm＝Nㄈ／200×360°，……(2)当△θm取90°时，N＝50／ㄈ故取N＜50／ㄈ或≈50／ㄈ……(3)如图1所示，旋转抛物母面群的方程为y2＝4(F＋nλ0／2)·(Z＋nλ0／2)……(4)分别代入Z＝0和Z＝t，可得yln=4(F+nλ0/2)·n·λ0/2---]]>yqln=4(F+nλ0/2)·(t+n·λ0/2)---(5)]]>将y01n代入y2＝4FZ则求得d1＝y
／4F分别将Z＝d1和d1＋t代入方程组(4)，得到
y2n=4(F+nλ0/2)(d1+n·λ0/2)---]]>y02n=4(F+n·λ0/2)(d1+t+nλ0/2---(6)]]>同理可求得其它dk和ykn，y0kn选取t略小于λ0／2，使ykn≥y0k(n－1)根据以上原理设计的C波段卫星地面站，对于中心频率，其效率约相当于同口径理想旋转抛物面天线的93％；对于边缘频率约相当于76％。
图2，图3是采用本实用新型制作的一个C波段卫星天线，它由支杆(1)，馈源(2)、天线支架(3)以及具有一定间隔距离的两层反射体(4)组成，两层反射体(4)安装在天线支架(3)上，并通过转动机构(5)转动，馈源(2)正对反射体(4)中心并处于反射体(4)的焦点上，由三根支杆(1)固定在反射体(4)上。每层反射体(4)包括平板状基层(6)和设置在平板状基层(6)内的多个环状切割旋转抛物反射面(7)，环状切割旋转抛物反射面(7)由金属网板通过模具压制而成，而后置于平板形模具里填充预发泡聚苯乙烯材料经发泡形成一高强度的轻质平板状结构，最后在上、下表面覆盖一层薄的防雨装饰保护层(8)。防雨装饰保护层(8)为薄膜。
权利要求1.一种层式宽频带平面板状反射面微波天线，包括馈源、支杆、天线支架和至少一层反射体，其特征在于所述每层反射体由至少一个同焦点不同焦距的环状切割旋转抛物反射面构成，同层的各环状切割旋转抛物反射面的上缘处于一平面上，下缘处于与之平行的另一平面上。
2.根据权利要求1所述的层式宽频带平面板状反射面微波天线，其特征在于所述两平面的间隔距离小于中心工作波长的二分之一。
3.根据权利要求1所述的层式宽频带平面板状反射面微波天线，其特征在于所述同层的相邻两环状切割旋转抛物反射面的焦距差为中心工作波长的二分之一，不同层，却同号的环状切割旋转抛物反射面处于同一旋转抛物母面上。
4.根据权利要求1所述的层式宽频带平面板状反射面微波天线，其特征在于所述每层反射体包括平板状基层，环状切割旋转抛物反射面设置在平板状基层内，平板状基层的表面上有保护层。
5.根据权利要求4所述的层式宽频带平面板状反射面微波天线，其特征在于所述环状切割旋转抛物反射面由金属网板用模具压制而成，而后置于平板形模具里填充预发泡聚苯乙烯材料经发泡形成一高强度的轻质平板状结构。
专利摘要本实用新型提供了一种层式宽频带平面板状反射面微波天线，包括馈源，支杆，天线支架和至少一层反射体，每层反射体由至少一个同焦点不同焦距的环状切割旋转抛物反射面构成，同层的各环状切割旋转抛物反射面的上缘处于一平面上，下缘处于与之平行的另一平面上。本实用新型具有厚度薄，体积小，结构强度高，重量轻的特点，解决了现有平板形微波天线工作频带窄，体积大、制作工艺复杂等问题。
文档编号H01Q19/12GK2141127SQ92220560
公开日1993年8月25日 申请日期1992年10月23日 优先权日1992年10月23日
发明者陈章梁, 陈振宇 申请人:陈章梁, 陈振宇