Ku頻段圓極化錐狀波束天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于衛(wèi)星通信、偵察雷達、抗干擾等技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種適用于目標跟蹤和探測的Ku頻段圓極化錐狀波束天線。
【背景技術(shù)】
[0002]圓極化波在空間中每一點的場都是等幅旋轉(zhuǎn)場，旋向有左旋、右旋之分。左旋圓極化天線只能輻射或接收左旋圓極化波，右旋圓極化天線只能用來輻射或接收右旋圓極化波。不同物體對電磁波的反射特性與波的極化狀態(tài)有很大關(guān)系，而圓極化波又具有一些獨特的性能，故在衛(wèi)星通信、干擾雷達、民用大氣遙測雷達、電子對抗等現(xiàn)代設(shè)備中，愈來愈多地采用了圓極化天線。我們簡要的介紹幾個方面的典型應用:
O干擾敵方天線
線極化波是圓極化波的一種特殊情況，圓極化波是橢圓極化波的一種特殊情況。用發(fā)射圓極化波的干擾系統(tǒng)就可以同時對敵方的線極化波系統(tǒng)、圓極化波系統(tǒng)進行干擾。橢圓極化波在原理上也可以同時干擾敵方的線極化波系統(tǒng)、圓極化系統(tǒng)，但是它比圓極化波的極化能量損失要大，所以一般情況下還是選用圓極化波干擾系統(tǒng)。
[0003]2)偵察雷達天線
同干擾天線的原理一樣，采用圓極化天線的偵察系統(tǒng)時，無論敵方發(fā)射的是何種線極化的波，均可收到敵方的信號。如果同時采用雙旋向圓極化天線，就更萬無一失了。
[0004]3)在衛(wèi)星及地空通信系統(tǒng)中，地球站與飛行體(如飛機、導彈、衛(wèi)星等)之間或各飛行體之間進行通信、遙控遙測和跟蹤時，一方面由于飛行體本身在運動，姿態(tài)可能不斷改變，相應的接收和發(fā)射的電磁波的極化方向也會改變；另一方面由于電離層對電波傳播會產(chǎn)生極化畸變和衰落現(xiàn)象(短波通信要靠電離層反射，衛(wèi)星通信要穿過電離層)，因此采用線極化天線難以保證穩(wěn)定而可靠的通信，應采用圓極化化天線為宜。目前在新型國際商用衛(wèi)星通信中多采用圓極化技術(shù)，使衛(wèi)星天線能在同一頻率復用而提高通信容量。
[0005]在這些通信系統(tǒng)中，往往兩個通信載體在空間上是成一定的角度，同時載體自身的姿態(tài)也在不斷變化，那么常規(guī)的圓極化天線已不能滿足要求。圓極化錐狀波束天線的方向圖在空間是旋轉(zhuǎn)對稱的且與天線法線方向成一定角度，所以它可以同時解決這兩個問題。
[0006]目前實現(xiàn)圓極化錐狀波束天線的方法主要有以下幾種:
1)通過相位相差90度的多個饋電點同時對圓貼片天線的TMnl模式進行激勵，得到圓極化錐狀波束天線；
2)用微擾的方法對圓貼片天線進行激勵，同時產(chǎn)生兩個相位差90度的等幅模式，從而產(chǎn)生圓極化錐狀波束；
3)用四個對稱的L型探針進行電激勵同時結(jié)合四個對稱的縫隙進行磁激勵的方法實現(xiàn)圓極化錐狀波束天線，這種方法需要復雜的饋電網(wǎng)絡(luò)，應用范圍主要在S波段；
4)用多單元順序排列的方法實現(xiàn)圓極化錐狀波束天線，這種用陣列方法實現(xiàn)的錐狀波束天線圓度比較差、體積比較大、饋電網(wǎng)絡(luò)比較復雜，只在靈活性上具有一定的優(yōu)勢；
5)利用徑向波導十字縫隙來實現(xiàn)圓極化錐狀波束天線；
6)用等效的徑向電流和周向磁環(huán)的方式實現(xiàn)圓極化錐狀波束天線；
這些實現(xiàn)方法普遍存在饋電網(wǎng)絡(luò)復雜、增益低、圓度差、結(jié)構(gòu)復雜、抗震性差、適應頻段窄等缺點。為了適應現(xiàn)代通信與探測系統(tǒng)對天線的要求，就需要設(shè)計一個效率高，結(jié)構(gòu)緊湊、饋電方式簡單、機械性能可靠的圓極化錐狀波束天線。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]發(fā)明目的:針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于波導結(jié)構(gòu)的單饋圓極化錐狀波束天線，該天線將探針激勵與鉤子結(jié)構(gòu)激勵相結(jié)合，在Ku頻段實現(xiàn)較好的圓極化輻射特性。
[0008]技術(shù)方案:本發(fā)明所述的Ku頻段圓極化錐狀波束天線，包括開口圓波導、大同軸波導、設(shè)于開口圓波導和大同軸波導之間的介質(zhì)板、與大同軸波導同軸設(shè)置的小同軸波導以及設(shè)于小同軸波導下側(cè)的矩形波導和SMA接頭；所述開口圓波導、介質(zhì)板和大同軸波導固定連接形成天線的主體輻射結(jié)構(gòu)，所述開口圓波導和大同軸波導均為嚴格的旋轉(zhuǎn)對稱結(jié)構(gòu)，所述介質(zhì)板的上層中心設(shè)有鉤子結(jié)構(gòu)、鉤子結(jié)構(gòu)外圍設(shè)有一圈金屬化過孔，所述大同軸波導的內(nèi)導體與所述小同軸波導的內(nèi)導體半徑相同且連接在一起形成不同外徑的同軸不連續(xù)性過渡，所述小同軸波導的內(nèi)導體底端伸入至所述矩形波導的波導壁形成同軸至矩形的過渡，所述矩形波導的側(cè)邊與所述SMA接頭連接形成矩形至同軸的過渡，所述SMA接頭的外側(cè)為天線的饋電端口。所述天線利用鉤子結(jié)構(gòu)和大同軸波導同時激勵起空間位置相互垂直、相位差90度、幅度相等的兩個徑向?qū)ΨQ圓波導模式TMtll和TE 01,從而產(chǎn)生圓極化遠場錐狀輻射方向圖；圓極化錐狀波束天線利用兩次同軸到矩形波導的轉(zhuǎn)換完成整個天線的饋電。
[0009]進一步完善上述技術(shù)方案，所述鉤子結(jié)構(gòu)為中心對稱結(jié)構(gòu)，由兩個結(jié)構(gòu)相同的Z形鉤交叉相連組成；所述鉤子結(jié)構(gòu)采用印刷工藝生成。
[0010]進一步地，所述開口圓波導和大同軸波導外徑相同、半徑范圍為16~22mm，所述SMA接頭的內(nèi)直徑為1.2mm、外直徑為4mm。所述鉤子結(jié)構(gòu)的徑向長度為8~12mm、沿圓周方向的長度為7~13mm ;所述開口圓波導的高度范圍為15~21mm，所述大同軸波導的高度范圍為9~13mm。將開口圓波導、大同軸波導、鉤子結(jié)構(gòu)設(shè)置為如上數(shù)值，可以實現(xiàn)良好的圓極化遠場輻射方向圖。
[0011]進一步地，所述開口圓波導和大同軸波導均采用金屬材質(zhì)制成。所述介質(zhì)板采用Rogers 4003板材制成、介電常數(shù)為3.38、損耗角正切值為0.0009，Rogers 4003板材的厚度為 1.524mm。
[0012]進一步地，所述大同軸波導的內(nèi)導體、所述小同軸波導的內(nèi)導體以及所述矩形波導B均采用銅制成。
[0013]進一步地，所述大同軸波導無填充介質(zhì)，所述小同軸波導的填充介質(zhì)為Teflon(TM)、介電常數(shù)為2.1、損耗角正切值為0.001。
[0014]進一步地，所述開口圓波導、介質(zhì)板和大同軸波導通過螺釘固定連接，所述小同軸波導的外導體通過螺釘與所述矩形波導固定在一起，所述小同軸波導的內(nèi)導體與所述矩形波導壁焊接在一起。
[0015]有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點:
1.本發(fā)明通過印有鉤子結(jié)構(gòu)的介質(zhì)板、激勵起圓波導中的TEtll模式，以及大同軸波導與小同軸波導之間的同軸不連續(xù)過渡，小同軸波導與矩形波導之間的同軸至矩形過渡，矩形波導與SMA接頭之間的矩形至同軸的過渡，所述天線利用鉤子結(jié)構(gòu)和大同軸波導，同時激勵起空間位置相互垂直、相位差90度、幅度相等的兩個徑向?qū)ΨQ圓波導模式TMtll和TEQ1，從而產(chǎn)生圓極化遠場錐狀輻射方向圖；圓極化錐狀波束天線利用兩次同軸到矩形波導的轉(zhuǎn)換完成整個天線的饋電；印刷鉤子結(jié)構(gòu)外面為一圈金屬過孔，用來模擬金屬波導壁。
[0016]2.本發(fā)明對天線中尺寸精度要求比較高的關(guān)鍵部分(鉤子結(jié)構(gòu))采用先進的印刷生產(chǎn)工藝，對其他部分采用常見的機械加工工藝，各部件之間通過螺釘固定在一起，降低了整個天線的加工成本；
3.本發(fā)明大部分結(jié)構(gòu)均采用波導結(jié)構(gòu)，可以降低天線的歐姆損耗，提高天線的效率；
4.本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及設(shè)計方法可以方便的移植到其他頻段，特別是毫米波頻段，具有良好的通用性；
5.本發(fā)明圓極化錐狀波束天線中，開口圓波導、同軸波導外導體和矩形波導全部為金屬