双频圆极化天线的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及卫星通信、微波通信领域中高效率圆极化阵列天线，该天线设计的技术主要包括:共口径双频圆极化技术、高隔离度技术。
【背景技术】
[0002]目前在通信频段越来越向高频段发展，尤其在Ku、Ka波段，其频率决定带宽比工作在L、S波段的天线，工作在此频段的要求天线具有尺寸小、增益高、点波束的特性，尤其，其收发工作频段距离较远，需要天线双频工作，且需要圆极化辐射，实现上述性能的天线主要有以下几种天线形式，但各有优缺点。
[0003]1、波导缝隙天线:该形式天线是在波导宽边或窄边进行开缝，通常有行波、驻波两种阵列形式，但辐射单元缝隙的增益相对较低，通常只有7dB左右，由于为串馈形式，带宽内出现频扫现象，随着工作频率的增高，要求加工精度也越高，需借助较高的焊接工艺加工制造，成品率较低，导致成本较高，且实现双频圆极化共口径辐射，难度较大。
[0004]2、微带贴片天线，该天线形式具有轮廓低、可集成有源器件、可实现辐射单元与网络一体化设计的，但天线的介质损耗较大，且存在漏波效应，天线单元增益低、馈电网络损耗大，不利用实现高增益天线设计。
[0005]3、反射面天线，该形式天线在Ka频段具有很好的射频性能，差损低、辐射效率高、实现圆极化辐射相对技术较为简单，但该形式天线物理尺寸较大，不适用在一些空间狭小的场合。
[0006]4.透镜天线，该天线形式与反射面天线类似，通常采用馈源照射介质球、介质饼等，使波束聚焦，实现高增益照射的目的，但与反射面天线同样具有天线体积尺寸过大，无法实现波束调整的功能。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于避免上述【背景技术】中的不足之处而提供一种双频圆极化天线，本发明的特点是，双频圆极化辐射，损耗低，辐射效率高，高隔离度，结构紧凑。
[0008]本发明是这样实现的:双频圆极化天线，包括圆锥喇叭口1、低频谐振腔2、高频谐振腔3、高频极化探针4和低频极化探针5，低频谐振腔2的上开口与圆锥喇叭口 I的下开口相接，低频谐振腔2的侧壁上固定有低频极化探针5;高频谐振腔3的上开口与低频谐振腔2的下开口相接，高频谐振腔3的侧壁上固定有高频极化探针4;低频谐振腔2和高频谐振腔3均为椭圆柱形状;低频极化探针5与低频谐振腔2的椭圆长轴共线，高频极化探针4与高频谐振腔3的椭圆长轴共线;低频谐振腔2的椭圆长轴与高频谐振腔3的椭圆长轴在两个腔体的交界面相垂直。
[0009]其中，所述的圆锥喇叭口 I的馈电端口的直径为0.65λ0;其中，λ。为工作频段的中心频率对应的波长。
[0010]其中，低频谐振腔2的椭圆长轴的长度小于圆锥喇叭口I的馈电端口直径。
[0011]其中，所述的低频谐振腔2的椭圆长轴的长度为0.525λι，短轴的长度为0.485λι；高频谐振腔3的椭圆长轴的长度为0.5Ah，短轴的长度为0.42Ah;其中，λι为低频段的中心频率对应波长，Ah为高频段的中心频率对应波长。
[0012]其中，所述的低频极化探针5进入低频谐振腔2的长度为0.，距离低频谐振腔2的底面为0.17λ!;高频极化探针4进入高频谐振腔3的长度为0.2Ah，距离高频谐振腔3的底面为0.1 Uh;其中，A1为低频段的中心频率对应波长，Ah为高频段的中心频率对应波长。
[0013]其中，高频段中心频率对应波长Ah与低频段中心频率对应波长A1之比为AhZ^1 =1.5。
[0014]本发明与【背景技术】比较有如下优点:
[0015]1、本发明的双频圆极化天线由圆锥喇叭口 1、低频谐振腔2、高频谐振腔3、高频极化探针4和低频极化探针5组成，天线阻抗带宽大于20 %，带宽内增益大于8.5dB，辐射效率大于81.5%，小于3dB的轴比带宽大于25%，端口隔离带宽内大于30%，双频段的中心频率比为1.5较为合适。
[0016]2、本发明整个天线结构简单、紧凑，辐射效率高，双频圆极化辐射，可作为平面阵列辐射单元，实现高效率窄波束辐射。
【附图说明】
[0017]图1是本发明三维结构示意图。
[0018]图2是本发明的透视示意图。
【具体实施方式】
[0019]参照图1、图2，本发明由圆锥喇叭口1、低频谐振腔2、高频谐振腔3、高频极化探针4和低频极化探针5组成，图1是本发明三维结构示意图，图2是本发明内部透视示意图，给出了各部件间的相对位置关系及内部结构组成。
[0020]圆锥喇叭口I位于最上层，其作用是接收、发射电磁信号，并按着一定的空间功率波束覆盖要求，实现方向图的设计。本发明采用渐变式的圆锥喇叭，保证了谐振腔与喇叭口的阻抗匹配，通常取圆锥喇叭口的辐射端口直径为其口径尺寸，口径尺寸为0.85AQ(AQ为工作频率的中心频率对应波长)，这样可获得相对较高的单元辐射增益，较好的空间阻抗匹配，又避免了在组阵设计时阵列方向图出现较高的栅瓣；圆锥喇叭口的馈电端口的直径为
0.65λο，其保证了与低频谐振腔2良好的过渡，其尺寸略大于低频谐振腔2对应椭圆长轴的尺寸，圆锥喇叭口 I底部与低频谐振腔2相连。圆锥喇叭口 I可以替换为角锥喇叭口。
[0021]低频谐振腔2呈椭圆柱形状，其作用是利用低频极化探针的激励在其腔内形成旋转场，辐射到自由空间便形成圆极化波。低频谐振腔2的长轴通常取口径0.525^(^为低频段中心频率对应的波长)，短轴尺寸为0.485M;低频极化探针5与低频谐振腔2的长轴共线，其中探针进入金属腔体的尺寸为0.22M，距离低频谐振腔2的底部为0.17M。
[0022]高频谐振腔3同样为椭圆柱形状，但尺寸小于低频谐振腔2，目的是用于在其腔内形成比低频谐振腔腔体频率更高的旋转场，然后由同一圆锥喇叭口 I辐射出去。高频谐振腔3与低频谐振腔2的底部相连接，其对应椭圆长轴与低频谐振腔2的椭圆长轴在两者交界面的投影呈90°。高频谐振腔3的椭圆长轴通常取口径0.5Ah(Ah为高频段中心频率对应的波长)，短轴尺寸为0.42Ah;高频极化探针4与其长轴共线，其中探针进入金属腔体的尺寸为
0.2Ah，距离高频谐振腔3的底部为0.1Uh;通常高低频波长比AhA1= 1.5较为合适，相互之间对天线性能的影响较小。
[0023]高频极化探针4和低频极化探针5分别固定在两个频段的谐振腔侧壁上，用于激励相对频段的信号。
[0024]研究发现:按着上述天线结构尺寸配置，天线轴比小于2dB的带宽为21 %，天线极化端口隔离带宽内大于45 %，双频段的口径辐射效率大于75 %。
[0025]本发明工作原理如下:当发射信号时，发射机连接同轴接插件发射信号，低频谐振腔中对应频率激励起旋转电场，形成圆极化辐射波，经由圆锥喇叭口 I辐射到自由空间；高频极化探针4激励起高频谐振腔3的高频信号，经由低频谐振腔的谐振腔体，最终由圆锥喇叭口 I辐射到自由空间。
【主权项】
1.双频圆极化天线，包括圆锥喇叭口(1)，其特征在于:还包括低频谐振腔(2)、高频谐振腔(3)、高频极化探针(4)和低频极化探针(5)，低频谐振腔(2)的上开口与圆锥喇叭口(1)的下开口相接，低频谐振腔(2)的侧壁上固定有低频极化探针(5);高频谐振腔(3)的上开口与低频谐振腔(2)的下开口相接，高频谐振腔(3)的侧壁上固定有高频极化探针(4);低频谐振腔(2)和高频谐振腔(3)均为椭圆柱形状;低频极化探针(5)与低频谐振腔(2)的椭圆长轴共线，高频极化探针(4)与高频谐振腔(3)的椭圆长轴共线;低频谐振腔(2)的椭圆长轴与高频谐振腔(3)的椭圆长轴在两个腔体的交界面相垂直。2.根据权利要求1所述的双频圆极化天线，其特征在于:所述的圆锥喇叭口(I)的馈电端口的直径为0.65λ0;其中，λο为工作频段的中心频率对应的波长。3.根据权利要求1所述的双频圆极化天线，其特征在于:低频谐振腔(2)的椭圆长轴的长度小于圆锥喇叭口(1)的馈电端口直径。4.根据权利要求2所述的双频圆极化天线，其特征在于:所述的低频谐振腔(2)的椭圆长轴的长度为0.5251:，短轴的长度为0.485λ1;高频谐振腔(3)的椭圆长轴的长度为0.5λΗ,短轴的长度为0.42Ah;其中，A1为低频段的中心频率对应波长，Ah为高频段的中心频率对应波长。5.根据权利要求4所述的双频圆极化天线，其特征在于:所述的低频极化探针(5)进入低频谐振腔(2)的长度为0.，距离低频谐振腔(2)的底面为0.17λ1;高频极化探针(4)进入高频谐振腔(3)的长度为0.2Ah，距离高频谐振腔(3)的底面为0.1Uh;其中，A1为低频段的中心频率对应波长，Ah为高频段的中心频率对应波长。6.根据权利要求4或5所述的双频圆极化天线，其特征在于:高频段中心频率对应波长Ah与低频段中心频率对应波长λι之比为:Ah/Ai = l.5。
【专利摘要】本发明公开了一种双频圆极化天线，该天线包括依次由上到下设置的圆锥喇叭口、低频谐振腔和高频谐振腔，低频谐振腔和高频谐振腔的侧壁上一一对应固定有低频极化探针和高频极化探针；两个谐振腔均为椭圆柱形状，其椭圆长轴分别与对应的探针共线；两个谐振腔的椭圆长轴在两个腔体交界面的投影相互垂直。本发明的天线阻抗带宽大于20％，带宽内增益大于8.5dB，辐射效率大于81.5％，小于3dB的轴比带宽大于25％，端口隔离带宽内大于30％，双频端的中心频率比为1.5。整个天线结构简单、紧凑，辐射效率高，双频圆极化辐射，可作为平面阵列辐射单元，实现高效率窄波束辐射。
【IPC分类】H01Q5/10, H01Q1/36, H01Q5/28, H01Q13/18
【公开号】CN105591193
【申请号】CN201610099961
【发明人】宋长宏
【申请人】中国电子科技集团公司第五十四研究所
【公开日】2016年5月18日
【申请日】2016年2月24日