一种辐射椭圆波束的超材料角锥喇叭馈源的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种加载超材料覆层的角锥喇叭馈源，其辐射波束为椭圆波束。该馈源应用于反射面天线系统中，可以对椭圆形主反射面形成高效率照射。馈源的超材料层加载于光壁角锥喇叭内壁，馈源的辐射口面宽度和高度不等。该馈源的辐射波束形状与电场的极化方向无关，因此该馈源既支持双线极化波，也支持双圆极化波。该馈源既可以直接照射天线的主反射面，也可以照射天线的副反射面，间接照射天线的主反射面。该馈源与椭圆形主面构成的反射面天线系统具有剖面低的特点，有利于系统集成。
【专利说明】
一种辐射椭圆波束的超材料角锥喇叭馈源
技术领域
[0001]本发明涉及通信、测控和遥感接收等领域，尤其涉及一种辐射椭圆波束的超材料角锥喇叭馈源。
【背景技术】
[0002]低剖面反射面天线是近年来兴起的一种天线系统。在该天线系统中，主反射面为椭圆形，水平方向尺寸大，垂直方向尺寸小。由这种反射面构成的天线系统高度低，易于与各类载体集成。
[0003]目前使用的低剖面反射面天线大都采用后馈形式，天线系统包括馈源、副反射面和主反射面三部分。常见的馈源如波纹喇叭馈源，其辐射波束具有圆对称性。如果用这类馈源直接照射椭圆形主反射面，天线的截获效率和照射效率会非常低。
[0004]在当前的工程实践中，一般使用反射面赋形技术解决这一问题。副反射面经过赋形设计后，可以将初级馈源的圆对称辐射波束转换为次级馈源的椭圆形辐射波束。椭圆波束照射椭圆形主反射面，天线的截获效率和照射效率均比较高，天线的总口面效率也很高。但使用赋形反射面技术获得椭圆波束存在固有的缺陷。当主反射面口径较小时，赋形反射面技术存在严重的能量绕射，导致天线辐射性能恶化。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是设计一种辐射椭圆波束的超材料角锥喇叭馈源，可应用于低剖面的反射面天线系统中，对椭圆形主面形成高效率照射。该发明既适用于前馈天线系统，也适用于含有副反射面的后馈天线系统。该馈源主要包含超材料层和光壁的角锥喇叭两部分。
[0006]本发明采用的技术方案为:
[0007]—种辐射椭圆波束的超材料角锥喇叭馈源，由角锥喇叭I和贴装在角锥喇叭I内表面的超材料板2组成;所述的超材料板2为平面结构，从角锥喇叭I的喉部平铺到角锥喇叭I的辐射口面;超材料板2包括介质板3和设置于介质板3上表面周期性排列的多个凸字形的金属贴片结构4;每个金属贴片结构4的头部中间位置有一个金属化过孔。
[0008]其中，角锥喇叭I的喉部设定区域内的金属化过孔的位置逐渐改变，用于模式变换。
[0009]其中，所有凸字形的金属贴片结构4的头部朝向角锥喇叭I的辐射口面。
[0010]其中，凸字形的金属贴片结构4的头部和底部的宽度比值在1.05-1.45之间。
[0011]其中，角锥喇叭I是光壁的。
[0012]其中，每一个金属贴片结构4通过金属化过孔与介质板3下表面的铜相连接。
[0013]其中，角锥喇叭I的辐射口面为矩形波导口。
[0014]本发明相比于【背景技术】，其优点为:
[0015](I)该馈源辐射波束的椭圆度可以灵活调节。改变喇叭辐射口面的宽高比，可以方便地改变辐射波束在水平方向和垂直方向的波束宽度。
[0016](2)该馈源适用于前馈反射面天线系统。它不需要副反射面的辅助作用，馈源本身直接辐射椭圆波束。而【背景技术】必须借助副反射面形成椭圆波束照射。
[0017](3)该馈源也适用于后馈反射面天线系统。副反射面的形状不受赋形设计的限制，能够容纳更复杂的功能设计。
[0018](4)该馈源使用的角锥喇叭和超材料层均为平面结构，加工方便，制作成本低。
【附图说明】
[0019]图1是超材料角锥喇叭馈源的示意图。
[0020]图2是超材料板的不意图。
[0021]图3是超材料角锥喇叭馈源在低剖面前馈天线系统中的应用。
[0022]图4是超材料角锥喇叭馈源在低剖面后馈天线系统中的应用。
【具体实施方式】
[0023]下面结合图1至图4对本发明作进一步说明。但本发明的保护范围不局限于所述实施范例。
[0024]本发明提出一种辐射椭圆波束的超材料角锥喇叭馈源。这类馈源无需副面的辅助，自身的辐射波束即是椭圆形，能够对椭圆形曲面形成高效率照射。此馈源支持双线极化和双圆极化，且旁瓣和交叉极化低。它既可以用在前馈天线系统中，直接照射主反射面;也可以用在后馈天线系统中照射副反射面，由副反射面照射主反射面。这种馈源用在后馈天线系统中，副反射面不再受到赋形的限制，设计自由度更大。
[0025]如图1所示，一种辐射椭圆波束的超材料角锥喇叭馈源，由光壁的角锥喇叭I和超材料板2组成。超材料板2为平面结构，贴装在角锥喇叭I的内表面，从角锥喇叭I的喉部平铺到角锥喇叭I的辐射口面;超材料板2可以调节边界的阻抗特性，它使角锥喇叭内部支持混合平衡模式，超材料板改变了角锥喇叭内部的模式特性，对两种极化相互垂直的电磁波，其辐射方向图基本相同。辐射方向图具有低旁瓣和低交叉极化特性。
[0026]所述的超材料板2由射频印板工艺制作而成。超材料板2是印刷介质基板，包括介质板3和设置于介质板3上表面周期性排列的多个凸字形的金属贴片结构4，如图2所示;介质板3的下表面敷有铜;所述的金属贴片结构4的头部中间位置有一个金属化过孔。每一个金属贴片结构4通过金属化过孔与介质板3下表面的铜相连接。凸字形的金属贴片结构4的头部和底部的宽度比值在1.05-1.45之间，金属贴片结构4的宽度比值以及金属贴片结构4之间的缝隙宽度与天线带宽损耗、电磁场等因素有关，是根据天线的性能进行优化得到；角锥喇叭喉部附近的超材料板2采用了渐变的设计方案，即金属化过孔的位置是在逐渐改变，是根据天线的性能进行优化得到，起到模式变换的作用，将金属波导的TElO模变换为馈源喇叭内部的混合模。
[0027]角锥喇叭I的馈电端口为矩形波导口，支持双线极化波和双圆极化波。喇叭的辐射口面为矩形，矩形的宽度和高度不相等，应用时其水平尺寸较小，垂直尺寸较大。相应地，馈源辐射在方位面波束较宽，俯仰面波束较窄。
[0028]如图3所示，作为一个实施例，该馈源可以应用在低剖面前馈天线系统中。该天线系统包括本发明涉及的馈源5和一个椭圆形的天线主反射面6。馈源的辐射波束为椭圆波束，与天线主反射面的外形对应，使得主面边缘的照射电平几乎相同，对馈源辐射能量的截获效率较高，天线的口面效率高。
[0029]如图4所示，作为另一个实施例，该馈源可以应用在低剖面后馈天线系统中。该天线系统包括本发明涉及的馈源5、一个天线副反射面7和一个椭圆形的天线主反射面6。副反射面的面型为标准的椭圆面或双曲面。副面边缘可以切割成椭圆形而不影响天线的口面效率。馈源辐射出来的椭圆波束经过标准副反射面后仍为椭圆波束，再照射到天线主面上，使得主面边缘的照射电平几乎相同，可以保证较高的天线截获效率和口面效率。
【主权项】
1.一种辐射椭圆波束的超材料角锥喇叭馈源，其特征在于，由角锥喇叭(I)和贴装在角锥喇叭(I)内表面的超材料板(2)组成;所述的超材料板(2)为平面结构，从角锥喇叭(I)的喉部平铺到角锥喇叭(I)的辐射口面;超材料板(2)包括介质板(3)和设置于介质板(3)上表面周期性排列的多个凸字形的金属贴片结构(4);每个金属贴片结构(4)的头部中间位置设置有一个金属化过孔。2.根据权利要求1所述的一种辐射椭圆波束的超材料角锥喇叭馈源，其特征在于，角锥喇叭(I)的喉部设定区域内的金属化过孔的位置逐渐改变，用于进行模式变换。3.根据权利要求1所述的一种辐射椭圆波束的超材料角锥喇叭馈源，其特征在于，所有凸字形的金属贴片结构(4)的头部均朝向角锥喇叭(I)的辐射口面。4.根据权利要求1所述的一种辐射椭圆波束的超材料角锥喇叭馈源，其特征在于，凸字形的金属贴片结构(4)的头部和底部的宽度比值在1.05-1.45之间。5.根据权利要求1所述的一种辐射椭圆波束的超材料角锥喇叭馈源，其特征在于，角锥喇叭(I)是光壁的。6.根据权利要求1所述的一种辐射椭圆波束的超材料角锥喇叭馈源，其特征在于，每一个金属贴片结构(4)通过金属化过孔与介质板(3)下表面的铜相连接。7.根据权利要求1所述的一种辐射椭圆波束的超材料角锥喇叭馈源，其特征在于，角锥喇叭(I)的辐射口面为矩形波导口。
【文档编号】H01Q13/02GK106099377SQ201610641017
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月8日 公开号201610641017.4, CN 106099377 A, CN 106099377A, CN 201610641017, CN-A-106099377, CN106099377 A, CN106099377A, CN201610641017, CN201610641017.4
【发明人】何应然, 丁宁, 肖松, 贾丹, 吴建明, 杜彪
【申请人】中国电子科技集团公司第五十四研究所