金秀梅
摘 要
針對衛(wèi)星通訊的需求,設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用在動中通領(lǐng)域的環(huán)焦反射面天線。其包括主反射、副反射面、饋源和支架。設(shè)計(jì)的環(huán)焦反射面天線的主反射面為拋物面,副反射面為橢球面,通過支架固定在饋源上,饋源的尾部是帶有法蘭盤的波導(dǎo)管,并通過法蘭盤與主反射面連接,饋源為波紋喇叭。通過仿真設(shè)計(jì)分析和實(shí)際測試,結(jié)果表明實(shí)測結(jié)果與設(shè)計(jì)吻合度良好。
關(guān)鍵詞
動中通;反射面;波紋喇叭
中圖分類號: V423.45 ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A
DOI:10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.19.067
0 引言
雙反射面天線主要有卡塞格倫天線、格里高利天線和環(huán)焦反射面天線。
卡塞格倫天線和格里高利天線都存在饋源的球面遮擋(初級遮擋)與副反射面的平面遮擋(次級遮擋)的矛盾問題。對于用于衛(wèi)星通信領(lǐng)域這種中小口徑天線而言,如設(shè)計(jì)稍有不慎就會出現(xiàn)初級遮擋大于次級遮擋的問題,照成方向圖近軸旁瓣上升和副面反射增大,帶來的問題是線極化工作時(shí),輸入駐波變大,圓極化工作時(shí),同頻端隔離度下降。
環(huán)焦反射面天線由于結(jié)構(gòu)特點(diǎn),其焦環(huán)是一個(gè)與副面直徑大小相等且與副面邊緣很近的一個(gè)圓環(huán),只要饋源口徑小于副面直徑,則饋源遮擋永遠(yuǎn)小于副面遮擋,解決了中小型天線設(shè)計(jì)難題[1,2]。
基于衛(wèi)星通信的應(yīng)用需求,本文設(shè)計(jì)了應(yīng)用在動中通領(lǐng)域的環(huán)焦反射面天線,應(yīng)用于Ku頻段。詳細(xì)描述了反射面天線組成和設(shè)計(jì)過程。首先選擇合適的饋源,找準(zhǔn)饋源相位中心;其次確定反射面的焦徑比,反射面口徑等參數(shù),設(shè)計(jì)反射面;再次將饋源按照相位中心和反射面焦點(diǎn)重合,進(jìn)行整體模型的三維電磁仿真;最后是實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
1 天線設(shè)計(jì)
1.1 反射面天線參數(shù)設(shè)計(jì)
環(huán)焦反射面天線是雙反射面天線,它的焦點(diǎn)軌跡是一個(gè)圓環(huán)。主要分為兩大類,一類副反射面為橢球面,另一類副反射面為雙曲面。
如圖1所示,母拋物面的頂點(diǎn)為O,焦距為F,即母拋物面是以O(shè)為焦點(diǎn),F(xiàn)為焦距,z軸為對稱軸旋轉(zhuǎn)對稱拋物面。
BP是主反射面的母線,TM為副反射面的母線,是橢圓曲線的一部分,O為饋源的相位中心,是橢圓的一個(gè)焦點(diǎn),位于中心對稱軸AA上;O是橢圓的兩外一個(gè)焦點(diǎn),也是主反射面的焦點(diǎn)。
其工作原理為:由饋源相位中心O射向副面頂點(diǎn)T的中心射線被副面反射后,射向主反射面的P點(diǎn),由O點(diǎn)射向M點(diǎn)的射線被反射后射向B點(diǎn),故只要饋源的橫向口徑尺寸小于副反射面,饋源將不會造成球面波遮擋。
本文副反射面采用橢球面,從以下幾個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì):
(1)副反射面采用小型化設(shè)計(jì),取Ds/D=0.1,從而減小遮擋損耗,改善近軸旁瓣特性。
(2)饋源采用豎波紋喇叭,軸對稱好,
(3)副反射面通過支架固定在饋源上,整體與主反射面固定,支架采用折疊設(shè)計(jì),減小遮擋,有效改善近軸旁瓣。
1.2 饋源喇叭設(shè)計(jì)
饋源是反射面天線分析中的關(guān)鍵部分,饋源的輻射特性直接影響反射面天線的性能。
根據(jù)公式(1)對饋源照射角進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算可得θvm=72.7°,其中Ds/D=0.1,D=900mm,F(xiàn)/D=0.3。
本文饋源喇叭選取照射電平-8dB,照射角為36°左右,與同頻段徑向槽波紋喇叭相比,軸向槽波紋喇叭具有結(jié)構(gòu)緊湊、口面直徑較小,容易加工。
圖3至圖5所示為饋源三維結(jié)構(gòu)。饋源為豎波紋喇叭,波紋平行于中心軸,且波紋槽長度為四分之一波長,此種饋源交叉極化好,波束等化好,帶寬寬。
1.3 反射面設(shè)計(jì)
反射面天線包括主反射、副反射面、饋源和支架。設(shè)計(jì)的環(huán)焦反射面天線的主反射面為拋物面,副反射面為橢球面,通過支架固定在饋源上,饋源的尾部是帶有法蘭盤的波導(dǎo)管,并通過法蘭盤與主反射面連接,饋源為波紋喇叭。
2 實(shí)物加工與測試
為檢驗(yàn)天線的最終電性能指標(biāo),對設(shè)計(jì)的反射面天線進(jìn)行機(jī)械加工,通過高精度裝配技術(shù)進(jìn)行組裝,并在暗室進(jìn)行了近場測試,其實(shí)際測試數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)對比圖如圖4~5所示。實(shí)測結(jié)果和設(shè)計(jì)結(jié)果吻合度良好。
3 結(jié)論
根據(jù)Ku頻段衛(wèi)星通信的應(yīng)用需求,通過合理選擇饋源以及反射面天線的設(shè)計(jì)參數(shù),精密加工和高精度裝配技術(shù)等手段,完成了反射面天線的設(shè)計(jì)生產(chǎn),并通過暗室測試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,設(shè)計(jì)的天線的實(shí)測和仿真結(jié)果吻合良好,對于同類型的天線設(shè)計(jì),具有一定的參考價(jià)值。
參考文獻(xiàn)
[1]黃立偉,金志天,《反射面天線》[M],西北電訊工程學(xué)院出版社,1986 年.
[2]林昌祿;《天線工程手冊》[M].電子工業(yè)出版社 2002.6