專利名稱：具有介質(zhì)錐饋源的雙鏡天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種天線裝置，尤其涉及一種具有介質(zhì)錐饋源的雙鏡天線。
技術(shù)背景雙鏡天線是由主反射鏡，副反射鏡和饋電喇叭所組成。副反射鏡既可用金屬支桿支撐 在主反射鏡上，又可用金屬支桿支撐在饋電喇叭上。現(xiàn)有技術(shù)中的雙鏡天線，利用波紋喇叭作為饋源，并用金屬支桿來支撐副面。 上述現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下缺點結(jié)構(gòu)復(fù)雜、安裝不方便、饋電喇叭價格昂貴，且由于支撐副面的支桿對于方位角度的 非對稱性和對電磁波的非透明性，造成了天線交叉極化電平的升高和由于口面遮擋而造成 的天線效率的下降。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種價格低廉、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便，且具有理想電性能的具有 介質(zhì)錐饋源的雙鏡天線。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的本發(fā)明的具有介質(zhì)錐饋源的雙鏡天線，包括主面、副面、饋電波導(dǎo)，所述副面通過介 質(zhì)錐固定在所述饋電波導(dǎo)上，所述介質(zhì)錐由介質(zhì)材料做成，所述介質(zhì)錐的錐頂部位固定在 所述饋電波導(dǎo)上，所述介質(zhì)錐的錐底部位與所述副面連接；所述介質(zhì)錐的側(cè)表面開有波紋槽，所述波紋槽的槽深小于或等于l/4波長，所述波長 為波在自由空間的波長。由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明所述的具有介質(zhì)錐饋源的雙鏡天線， 由于副面通過介質(zhì)錐固定在饋電波導(dǎo)上，介質(zhì)錐的側(cè)表面開有l(wèi)/4波長深的波紋槽。介質(zhì)錐 價格低廉，副面、介質(zhì)錐與饋電波導(dǎo)之間結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便，且介質(zhì)錐饋源還利用了介 質(zhì)與周圍空氣界面上的全反射的特點，具有理想的電性能。


圖l為本發(fā)明具有介質(zhì)錐饋源的雙鏡天線的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明中介質(zhì)錐的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明中設(shè)計副面匹配錐的原理圖。
具體實施方式
本發(fā)明的具有介質(zhì)錐饋源的雙鏡天線，其較佳的具體實施方式
如圖l所示，包括主面 1、副面3、饋電波導(dǎo)2，副面3通過介質(zhì)錐4固定在饋電波導(dǎo)2上，介質(zhì)錐4由介質(zhì)材料做成， 介質(zhì)錐4的錐頂部位固定在饋電波導(dǎo)2上，介質(zhì)錐4的錐底部位與副面3連接。這樣，介質(zhì)錐4 一方面起到雙鏡天線的饋源的作用；另一方面起到固定副面3的作用。如圖2所示，介質(zhì)錐4的側(cè)表面可以開有波紋槽5，形成阻抗變換器，用于實現(xiàn)介質(zhì)錐4 向空間的過渡，波紋槽5的槽深可以小于或等于l/4波長，這里所說的波長為波在自由空間 的波長。具體可以讓波紋槽5的槽深等于l/4等效波長，等效波長指波在波紋槽5處的等效波 長。當(dāng)然根據(jù)需要波紋槽5的槽深可以選用其它的深度。<formula>formula see original document page 5</formula>波紋槽5的槽寬W與齒厚t的比可以由公式Z 確定，式中^為所述介質(zhì)材料的介電常數(shù)；4為波紋槽5處的等效介電常數(shù)。具體波紋槽5的槽寬w與齒厚t的比^也可以等于7.00 7.05，如7.03等，根據(jù)需要也 可以選用其它優(yōu)選的數(shù)值。介質(zhì)材料的介電常數(shù)可以為^=2.3 2.7，如介電常數(shù)為2.4、 2.5、 2.6等，根據(jù)需要也可以選用其它的介電常數(shù)。介質(zhì)材料可以選用聚苯乙烯、聚四氟乙烯等，或其它的介 質(zhì)材料。介質(zhì)錐4的半張角別由以下原則確定鞏 > 傷c + & 一90。式中"c為在介質(zhì)材料與自由空間之間的界面處發(fā)生全反射的臨界入射角；^為由 饋電波導(dǎo)2從副面3漏失掉的電磁波的最大漏失角。最大的漏失角&可以小于等于90。，如選取&小于或等于80。，可以選取介質(zhì)錐4的 半張角W大于或等于3(f。介質(zhì)錐4的錐頂部位可以開有l(wèi)/4波長阻抗變換器6，并通過l/4波長阻抗變換器6與饋 電波導(dǎo)2連接，同時用于實現(xiàn)介質(zhì)錐4與饋電波導(dǎo)2之間的波阻抗匹配。副面3的頂點處設(shè)有匹配錐7，匹配錐7的錐頂朝向饋電波導(dǎo)2;匹配錐7的錐底部位與 副面3連接。匹配錐7的半張角可以等于65°-80°，如70°、 75°，通過此錐使由原來反射到饋電波導(dǎo)2的能量反射到主面1的遠(yuǎn)離波導(dǎo)2的區(qū)域中去。如圖3所示，匹配錐7的錐底可以根據(jù)以下原則確定首先，求取所述副面在所述主面上遮擋的邊緣點A;然后，連接所述邊緣點A與所述雙鏡天線的焦點Oh所述邊緣點A與所述焦點01的連線 與所述副面的交點B即為所述匹配錐7的錐底的外緣上的點，也可以選取交點B附近的點為匹 配錐的錐底的外緣上的點。即以雙鏡天線的軸線為對稱軸，以交點B做圓，作為匹配錐7的 錐底。本發(fā)明中的介質(zhì)錐饋源由饋電波導(dǎo)和半張角為^的介質(zhì)錐所構(gòu)成，很象波紋饋源，它 傳播的模是平衡混合模(HEh模)。因此介質(zhì)錐饋源具有波紋喇叭所有的電性能上的優(yōu)點， 比波紋喇叭更進(jìn)一歩，介質(zhì)錐饋源還利用了介質(zhì)與周圍空氣界面上的完全內(nèi)反射的特點， 因而它具有較高的效率并且提供了控制副面漏失的一種有效方法，并且它的結(jié)構(gòu)簡單，生 產(chǎn)成本低廉，是一種造價低廉的高性能饋源，很適合用于給雙鏡天線饋電。介質(zhì)錐的半張角^可以由饋電波導(dǎo)輻射場從副面漏失掉的電磁波的最大漏失角^和 介質(zhì)錐的臨界入射角^'c決定。若介質(zhì)錐的介電常數(shù)為^，則介質(zhì)錐的臨界入射角<formula>formula see original document page 6</formula> "c的余角就是介質(zhì)錐的母線與饋電波導(dǎo)的全部內(nèi)反射的空間射線之間 的夾角，從而由^和^就確定了介質(zhì)錐的半張角^》"c + ^—90°，此時饋電波導(dǎo)輻射 場全部反射到副面。本發(fā)明中，介質(zhì)錐饋源利用了介質(zhì)錐與空氣界面處的全部內(nèi)反射的介質(zhì)材料的特性， 將由饋電波導(dǎo)中所輻射的能量主要都集中在介質(zhì)錐所占據(jù)的空間區(qū)域，因此減少了從副面 的漏失能量，從而提高了天線的效率，同時，介質(zhì)錐還可對副面起支撐作用。本發(fā)明在副面的頂點處安裝一個半張角為65°-80°的匹配錐，通過此匹配錐使由原來 反射到饋電波導(dǎo)的能量反射到主面的遠(yuǎn)離圓波導(dǎo)的區(qū)域中去，改善了介質(zhì)錐饋源對饋電波 導(dǎo)的匹配，同時又控制了天線口面場的分布。本發(fā)明在介質(zhì)錐表面開4波長深的波紋槽，利用4阻抗變換器的原理來實現(xiàn)介質(zhì)錐到 空間的過渡，改善了介質(zhì)錐對自由空間的匹配。具體實施例首先，選介電常數(shù)^=2.5的聚苯乙烯作為介質(zhì)錐的材料，它的全部內(nèi)反射的臨界入射 角^& = 39_2°。讓由饋電圓波導(dǎo)的在離軸80。以內(nèi)的輻射能量都集中在介質(zhì)錐之內(nèi)，則介質(zhì)錐的半張角^應(yīng)大于或等于29. 2° ，實際取W =30. 2° 然后，確定介質(zhì)錐表面上的波紋槽的幾何尺寸<formula>formula see original document page 7</formula>介質(zhì)錐中的波阻抗 V^' ，式中，自由空間的波阻抗為仏二12^(0)，由此可知？波長的波紋槽阻抗變換器的波阻抗777. = V^ = 0.8xl20;r(Q)，<formula>formula see original document page 7</formula> 由 a/4 即可算出4波長阻抗變換器中的等效介電常數(shù)《'=1'58，式中^為自由空間的電磁波的波長，因此波紋槽的槽深 4<formula>formula see original document page 7</formula>由&可確定波紋槽阻抗變換器中的等效波長4=4 = 0.82,同時由等效介電常數(shù)&也可確定波紋槽的槽寬w與齒厚t的比^ :<formula>formula see original document page 7</formula>之后，將介質(zhì)錐在饋電圓波導(dǎo)內(nèi)部的部分利用三段4波長阻抗變換器對波導(dǎo)的波阻抗 進(jìn)行匹配，三個階梯不連續(xù)處的反射系數(shù)既可按二項式分布又可按契比雪夫多項式分布。 以便在一預(yù)先規(guī)定的帶寬內(nèi)，得到極低的總反射系數(shù)。最后，進(jìn)行副面頂點處的匹配錐的設(shè)計副面與匹配錐均可由金屬制作，該匹配錐的作用有兩個， 一個是減小由副面頂點附近 區(qū)域向饋電圓波導(dǎo)的反射從而改善饋源的電壓駐波比，另一個是將被副面遮擋的那部分能 量分配給未被副面遮擋的主反射器的區(qū)域中去，從而提高天線的口面效率。具體設(shè)計步驟 如下<formula>formula see original document page 7</formula>如圖3所示，由副面3的直徑d及主面l的頂點至焦點的距離F并通過公式《2—4F， 計算出相應(yīng)于副面遮擋主面1的邊緣點A與主面1的外緣的夾角^值?？梢愿鶕?jù)^來計算出相應(yīng)于^的副面上的點B離開對稱軸的距離^ :"l + eeos^ ，式中e為雙曲線的偏心率，/為雙曲線的焦距。在副面3上的點B處作半錐角為65-80。的金屬錐?？梢岳脦缀喂鈱W(xué)射線追跡法，計算出由該副面頂點匹配錐反射的射線是否落在所希 望的主反射器的那個區(qū)域內(nèi)。若是則設(shè)計結(jié)束；若不是則重新選定匹配錐的半錐角，再進(jìn) 行計算，直到是為止。可以檢驗主反射器口面場分布，特別是相位分布，若嚴(yán)重不同相，則應(yīng)改變天線的幾 何參數(shù)，重復(fù)匹配錐的半錐角的選擇和計算，直到口面相差小于22.5。為止。本發(fā)明中的介質(zhì)錐既可用商業(yè)上適合的介質(zhì)棒車削而成又可利用模壓工藝模塑而成。金屬副面和金屬匹配錐既可用適合的金屬棒材車削而成，又可采用電鍍工藝、真空離 子鍍工藝將副面及其匹配錐直接鍍在介質(zhì)錐與其接觸的表面上，若副面及其匹配錐是由機 加工而成型，則可以應(yīng)用導(dǎo)電膠將副面及其匹配錐固定在介質(zhì)錐上。介質(zhì)錐與饋電波導(dǎo)的 固定可用樹脂膠將介質(zhì)錐連接在饋電波導(dǎo)上。將介質(zhì)錐饋源與副面做成一個整體，既便于 安裝，又有結(jié)構(gòu)緊湊，牢固耐用等特點。本發(fā)明提供利用介質(zhì)錐饋源來替代價格昂貴的波紋喇叭，而介質(zhì)錐饋源既對副面起到 結(jié)構(gòu)支撐的作用，又利用了介質(zhì)錐饋源的極其優(yōu)良的電氣特性，可以制作低造價高性能的 雙鏡天線，同時也可以用于將前饋拋物面天線改造為高性能的雙鏡天線。本發(fā)明充分利用介質(zhì)錐饋源的優(yōu)良的電特性和對副面的支撐作用，使得雙鏡天線價格 低廉、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便，且具有理想電性能。這樣的雙鏡天線具有高效率低旁瓣，低 的交叉極化電平。在標(biāo)準(zhǔn)雙曲面副面的頂點附近安置一個半錐角為65-80°的匹配器，并在 介質(zhì)錐側(cè)面開波紋槽，可改善副面對饋電波導(dǎo)的匹配并進(jìn)一步提高天線的效率。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任 何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都 應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種具有介質(zhì)錐饋源的雙鏡天線，包括主面、副面、饋電波導(dǎo)，其特征在于，所述副面通過介質(zhì)錐固定在所述饋電波導(dǎo)上，所述介質(zhì)錐由介質(zhì)材料做成，所述介質(zhì)錐的錐頂部位固定在所述饋電波導(dǎo)上，所述介質(zhì)錐的錐底部位與所述副面連接；所述介質(zhì)錐的側(cè)表面開有波紋槽，所述波紋槽的槽深小于或等于1/4波長，所述波長為波在自由空間的波長。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的具有介質(zhì)錐饋源的雙鏡天線，其特征在于，所述波紋槽的槽 深等于l/4等效波長，所述等效波長為波在所述波紋槽處的等效波長。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有介質(zhì)錐饋源的雙鏡天線，其特征在于，所述波紋槽w —的槽寬W與齒厚t的比^ 5 — 1 ，式中^為所述介質(zhì)材料的介電常數(shù)；^為所述波紋 槽處的等效介電常數(shù)。 —
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有介質(zhì)錐饋源的雙鏡天線，其特征在于，所述波紋槽的槽寬w與齒厚t的比Z等于7. 00 7. 05。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的具有介質(zhì)錐饋源的雙鏡天線，其特征在于，所述介質(zhì)材料的介電常數(shù)為^ =2. 3 2. 7，所述介質(zhì)錐的半張角^由以下原則確定 (91 >傷c十— go0式中^'C為所述介質(zhì)材料發(fā)生全反射的臨界入射角；^為由所述饋電波導(dǎo)從所述副 面漏失掉的電磁波的最大漏失角。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有介質(zhì)錐饋源的雙鏡天線，其特征在于，所述介質(zhì)材料為聚苯乙烯，所述的最大的漏失角&小于或等于80。，所述介質(zhì)錐的半張角W大于或等于 30。。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的具有介質(zhì)錐饋源的雙鏡天線，其特征在于，所述介質(zhì)錐的錐 頂部位設(shè)有l(wèi)/4波長阻抗變換器，并通過所述l/4波長阻抗變換器與所述饋電波導(dǎo)連接。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的具有介質(zhì)錐饋源的雙鏡天線，其特征在于，所述副面的頂點 處設(shè)有匹配錐，所述匹配錐的錐頂朝向所述饋電波導(dǎo)；所述匹配錐的錐底部位與所述副面 連接。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的具有介質(zhì)錐饋源的雙鏡天線，其特征在于，所述匹配錐的半 張角等于65°_80°。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的具有介質(zhì)錐饋源的雙鏡天線，其特征在于，所述匹配錐的錐底根據(jù)以下原則確定首先，求取所述副面在所述主面上遮擋的邊緣點A;然后，連接所述邊緣點A與所述雙鏡天線的焦點O'，所述邊緣點A與所述焦點01的連線與所述副面的交點B即為所述匹配錐的錐底的外緣上的點。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有介質(zhì)錐饋源的雙鏡天線，包括主面、副面、饋電波導(dǎo)，副面通過介質(zhì)錐固定在饋電波導(dǎo)上，介質(zhì)錐的錐頂部位設(shè)有1/4波長阻抗變換器與饋電波導(dǎo)連接，介質(zhì)錐的側(cè)表面設(shè)有1/4波長的波紋槽，副面的頂點處設(shè)有半張角為65°-80°的匹配錐。介質(zhì)錐價格低廉，副面、介質(zhì)錐與饋電波導(dǎo)之間結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便，且介質(zhì)錐饋源還利用了介質(zhì)與周圍空氣界面上的全反射的特點，使雙鏡天線具有理想的電性能。
文檔編號H01Q13/00GK101272005SQ20081011203
公開日2008年9月24日 申請日期2008年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月20日
發(fā)明者徐欽友, 楊建慧 申請人:北京天瑞星際技術(shù)有限公司