一種動中通環(huán)焦反射面天線

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