Ku頻段圓極化錐狀波束天線的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于衛星通信、偵察雷達、抗干擾等技術領域，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】
[0002]圓極化波在空間中每一點的場都是等幅旋轉場，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有很大關系，而圓極化波又具有一些獨特的性能，故在衛星通信、干擾雷達、民用大氣遙測雷達、電子對抗等現代設備中，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。用發射圓極化波的干擾系統就可以同時對敵方的線極化波系統、圓極化波系統進行干擾。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、圓極化系統，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。
[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時，無論敵方發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)在衛星及地空通信系統中，地球站與飛行體(如飛機、導彈、衛星等)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，姿態可能不斷改變，相應的接收和發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生極化畸變和衰落現象(短波通信要靠電離層反射，衛星通信要穿過電離層)，因此采用線極化天線難以保證穩定而可靠的通信，應采用圓極化化天線為宜。目前在新型國際商用衛星通信中多采用圓極化技術，使衛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也在不斷變化，那么常規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，同時產生兩個相位差90度的等幅模式，從而產生圓極化錐狀波束；
3)用四個對稱的L型探針進行電激勵同時結合四個對稱的縫隙進行磁激勵的方法實現圓極化錐狀波束天線，這種方法需要復雜的饋電網絡，應用范圍主要在S波段；
4)用多單元順序排列的方法實現圓極化錐狀波束天線，這種用陣列方法實現的錐狀波束天線圓度比較差、體積比較大、饋電網絡比較復雜，只在靈活性上具有一定的優勢；
5)利用徑向波導十字縫隙來實現圓極化錐狀波束天線；
6)用等效的徑向電流和周向磁環的方式實現圓極化錐狀波束天線；
這些實現方法普遍存在饋電網絡復雜、增益低、圓度差、結構復雜、抗震性差、適應頻段窄等缺點。為了適應現代通信與探測系統對天線的要求，就需要設計一個效率高，結構緊湊、饋電方式簡單、機械性能可靠的圓極化錐狀波束天線。
【發明內容】
[0007]發明目的:針對現有技術的不足，本發明提供一種基于波導結構的單饋圓極化錐狀波束天線，該天線將探針激勵與鉤子結構激勵相結合，在Ku頻段實現較好的圓極化輻射特性。
[0008]技術方案:本發明所述的Ku頻段圓極化錐狀波束天線，包括開口圓波導、大同軸波導、設于開口圓波導和大同軸波導之間的介質板、與大同軸波導同軸設置的小同軸波導以及設于小同軸波導下側的矩形波導和SMA接頭；所述開口圓波導、介質板和大同軸波導固定連接形成天線的主體輻射結構，所述開口圓波導和大同軸波導均為嚴格的旋轉對稱結構，所述介質板的上層中心設有鉤子結構、鉤子結構外圍設有一圈金屬化過孔，所述大同軸波導的內導體與所述小同軸波導的內導體半徑相同且連接在一起形成不同外徑的同軸不連續性過渡，所述小同軸波導的內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接頭的外側為天線的饋電端口。所述天線利用鉤子結構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對稱圓波導模式TMtll和TE 01,從而產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換完成整個天線的饋電。
[0009]進一步完善上述技術方案，所述鉤子結構為中心對稱結構，由兩個結構相同的Z形鉤交叉相連組成；所述鉤子結構采用印刷工藝生成。
[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接頭的內直徑為1.2mm、外直徑為4mm。所述鉤子結構的徑向長度為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、鉤子結構設置為如上數值，可以實現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制成。所述介質板采用Rogers 4003板材制成、介電常數為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導體、所述小同軸波導的內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，所述小同軸波導的填充介質為Teflon(TM)、介電常數為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導體與所述矩形波導壁焊接在一起。
[0015]有益效果:與現有技術相比，本發明的優點:
1.本發明通過印有鉤子結構的介質板、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構和大同軸波導，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對稱圓波導模式TMtll和TEQ1，從而產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換完成整個天線的饋電；印刷鉤子結構外面為一圈金屬過孔，用來模擬金屬波導壁。
[0016]2.本發明對天線中尺寸精度要求比較高的關鍵部分(鉤子結構)采用先進的印刷生產工藝，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.本發明大部分結構均采用波導結構，可以降低天線的歐姆損耗，提高天線的效率；
4.本發明的結構及設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