超低副瓣反射面天線的制作方法
【專利摘要】本發明提出了一種超低副瓣反射面天線，用于實現超低副瓣并適用于大角度掃描，包括：反射面組件、饋源組件、饋源安裝座、以及第一和第二支撐桿，其中，饋源組件通過饋源安裝座、以及第一和第二支撐桿與反射面組件連接，以及反射面組件為旋轉對稱拋物面，從而適用于大角度范圍內的機械掃描。因此，本發明所提出的超低副瓣反射面天線，實現了超低副瓣、適用于大角度掃描，同時具有結構簡單、剛度好、可靠性高等優點。
【專利說明】
超低副瓣反射面天線
技術領域
[0001] 本發明屬于天線與微波技術領域，涉及航天飛行器天線技術，具體地，涉及一種超 低副瓣反射面天線。
【背景技術】
[0002] 應了解，反射面天線是常見的航天器天線形式，一般用來實現較高的增益。為了提 高通信質量，還要求具有低副瓣的性能；為了覆蓋更大的角域，還要求具有機械波束掃描的 性能。
[0003] 反射面天線常見形式有以下五種：偏饋單反、偏饋雙反（Gregorian型）、正饋單 反、正饋雙反（Cassegrain型）、環焦型。
[0004] 其中，偏饋單反和偏饋雙反（Cassegrian型）的優點為低副瓣，缺點為包絡尺寸較 大，不利于輕量化設計，并且偏饋結構不利于大角度掃描。正饋單反型的優點為包絡尺寸 小，有利于輕量化設計，有利于大角度掃描，但較難降低副瓣。
[0005] 正饋雙反（Gregorian型）和環焦型這類天線要求副反直徑大于7波長，對于口徑 直徑約40個自由空間波長的小口徑天線來說，遮擋面積較大，容易造成高副瓣。
[0006] 另外，還包括其他形式，如濺散板天線等，具有使用介質、極化特性差等方面的明 顯缺點。
[0007] 當前，國內采用偏饋雙反結構設計的星載Ka波段機械可移波束天線，波束掃描范 圍一般為±10°左右，副瓣為_20dB。采用正饋雙反結構設計的星載Ka波段機械可移波束 天線，波束掃描范圍一般可達±90°，副瓣為_15dB。采用正饋單反結構設計的星載S波段 機械可移波束天線，波束掃描范圍一般可達±90°，由于采用了背射螺旋天線作為饋源，沒 有支撐桿遮擋，副瓣為_25dB，但這種饋源只適用于例如S波段的較低頻段，不適用于例如 Ka波段的較高頻段。采用正饋單反結構設計的星載Ka波段機械可移波束天線，由于饋源必 須使用支撐桿來支撐，造成了遮擋，副瓣為_15dB。
[0008] 因此，急需一種方案，能夠減少對反射面的遮擋，并有利于較高頻段例如Ka波段 的反射面天線降低副瓣電平。
【發明內容】
[0009] 為了解決現有技術中存在的問題，本發明提出了一種超低副瓣反射面天線的方 案，用于在例如Ka頻段的較高頻段上，實現一種副瓣達到-30dB的超低副瓣反射面天線，同 時還具有適用于±90°大角度波束掃描的特點。
[0010] 本發明提出了一種超低副瓣反射面天線，用于實現超低副瓣并適用于大角度掃 描，包括：反射面組件、饋源組件、饋源安裝座、以及第一和第二支撐桿，其中，饋源組件通過 饋源安裝座、以及第一和第二支撐桿與反射面組件連接，以及反射面組件為旋轉對稱拋物 面，從而適用于大角度范圍內的機械掃描。
[0011] 反射面組件的旋轉對稱拋物面具有焦點、頂點、焦軸、和口徑輪廓線，其中，口徑輪 廓線為圓形的，以及焦軸垂直通過口徑輪廓線的圓心。饋源組件具有相位中心、波束主軸、 饋電波導、和饋源，其中，相位中心被安裝在旋轉對稱拋物面的焦點上，波束主軸與旋轉對 稱拋物面的焦軸重合，以及饋源和饋電波導是一體化的結構。
[0012] 饋源組件的受照射面具有尖劈，以改善電磁輻射，從而有利于降低副瓣電平，其 中，饋電波導面向反射面組件的一側設有尖劈。尖劈為等腰三角形的，其中，等腰三角形的 底邊長度與饋電波導的窄邊外尺寸相等并平齊，以及高為工作頻率在自由空間中的波長。
[0013] 優選地，相位中心與焦點重合，在沿所述焦軸方向的偏差滿足第一預定偏差限制 要求，以及波束主軸與焦軸重合，兩者的同軸度滿足第二預定偏差限制要求。
[0014] 饋源的口徑小，以減少對反射面組件的遮擋，從而有利于降低副瓣電平。第一和第 二支撐桿與饋電波導共同提供對饋源組件的結構支撐，從而具有適合的力學剛度。第一和 第二支撐桿的安裝位置避開了反射面組件的中心區域，以減少對反射面組件的遮擋，從而 有利于降低副瓣電平。
[0015] 額外地，根據本發明的超低副瓣反射面天線還可以包括：饋源安裝座接口，用于將 饋源組件安裝在饋源安裝座上，以及第一和第二支撐桿安裝點，用于安裝所述第一和第二 支撐桿。
[0016] 因此，本發明所提出的超低副瓣反射面天線，實現了超低副瓣、適用于大角度掃 描，同時具有結構簡單、剛度好、可靠性高等優點。
【附圖說明】
[0017] 圖1為根據本發明的超低副瓣反射面天線的外形圖；
[0018] 圖2為本發明【具體實施方式】所涉及的反射面組件的細節名稱圖；
[0019] 圖3為本發明【具體實施方式】所涉及的饋源組件的細節名稱圖；
[0020] 圖4為本發明【具體實施方式】所涉及的饋源安裝座的外形圖；以及
[0021] 圖5為本發明【具體實施方式】所涉及的尖劈的橫截面示意圖。
【具體實施方式】
[0022] 應了解，本發明的超低副瓣反射面天線由反射面組件、饋源組件、饋源安裝座、支 撐桿組成。反射面組件為旋轉對稱拋物面，適用于大角度范圍內的機械掃描。饋源的相位 中心安裝在拋物面焦點上，饋源的波束主軸與拋物面焦軸重合。饋源的受照射面具有尖劈， 用于改善其電磁散射，有利于降低副瓣電平。支撐桿的安裝位置避開了反射面中心區域，減 少了對反射面的遮擋，有利于降低副瓣電平，并且具有力學剛度好的特點。本發明所提出的 一種超低副瓣反射面天線，在例如Ka頻段的較高頻段上實現了超低副瓣、適用于大角度掃 描，同時具有結構簡單、剛度好、可靠性高等優點。
[0023] 其中，由反射面組件、饋源組件、饋源安裝座、支撐桿組成，饋源組件通過饋源安裝 座、支撐桿與反射面組件連接。反射面組件具有焦點、頂點、焦軸、口徑輪廓線，口徑輪廓線 為圓形，且焦軸垂直通過口徑輪廓線的圓心。
[0024] 饋源組件具有相位中心、波束主軸、饋電波導、饋源，相位中心與焦點重合，在沿所 述焦軸方向的偏差滿足一定偏差限制要求，波束主軸與焦軸重合，兩者的同軸度滿足一定 偏差限制要求。饋電波導受照射面具有尖劈，用于改善其電磁散射，同時支撐桿、支撐桿避 開了反射面組件中心區域，減少了對反射面組的遮擋，有利于降低副瓣電平。饋源口徑小， 減少了對反射面組件的遮擋，有利于降低副瓣電平。支撐桿饋電波導共同提供了對饋源組 件的結構支撐的功能，并具有力學剛度好的特點。
[0025] 下面結合附圖1-5及【具體實施方式】對本發明進行詳細說明。
[0026] 注意，本發明的超低副瓣反射面天線，屬于正饋單反類型。如圖1所示，超低副瓣 反射面天線由反射面組件1、饋源組件2、饋源安裝座4、第一支撐桿3、第二支撐桿24組成。
[0027] 如圖2所示，反射面組件1是反射面天線的反射器，具有拋物面19,拋物面19具有 焦軸5、頂點6、焦點7。焦軸5就是過頂點6和焦點7的直線。頂點6和焦點7的距離稱為 反射面組件的焦距。反射面組件1具有口徑面20,為垂直于焦軸5的平面，口徑面20與內 凹表面19的交線為口徑輪廓線21，是圓心落在焦軸5上的圓形，其直徑稱為反射面組件的 口徑。反射面組件1為以焦軸5為對稱軸的旋轉對稱結構，對稱軸過口徑面20的圓心，這 種結構稱為正饋反射面，有利于實現±90°大角度波束掃描。
[0028] 如圖3所示，饋源組件2具有饋源22和饋電波導14,兩者是一體化結構。饋源22 具有相位中心12、波束主軸13。饋源組件2與反射面組件1的位置關系是：波束主軸13與 焦軸5重合，相位中心12與焦點7重合。饋電波導14即用作微波傳輸通道，也用作支撐結 構，饋電波導14面向反射面組件1的一側設有尖劈15,用于改善饋電波導14的電磁散射， 有利于降低副瓣電平。
[0029] 第一支撐桿3、第二支撐桿24的支撐點一端位于反射面組件1的第一支撐桿安裝 點10、第二支撐桿安裝點25上，另一端位于饋源組件2的第三支撐桿安裝點19上，避開了 反射面中心區域，減少了對反射面的遮擋，有利于降低副瓣電平。
[0030] 應了解，要實現一種緊湊式波導旋轉關節，具體應考慮從如下幾個方面來實現：
[0031] 1、電設計約束條件
[0032] 1)確定口徑（記為D):根據所要實現的天線增益（記為G，單位為dBi)，估算口徑 D的大小，兩者的關系為：
[0033]
V 、 … J
[0034] 其中，η為反射面天線的輻射效率，一般取為50%，λ為工作波長。
[0035] 2)確定焦距（記為F):-般使用焦徑比（F/D)來約束焦距。為減小沿焦軸5方向 的尺寸，以及獲得良好的輻射效率，焦徑比取為0. 3~0. 4 ( -般取為0. 35)。
[0036] 3)確定饋源22照射半張角（記為Α):與焦徑比的關系為：
[0037]
[0038] 當焦徑比取為0· 35時，有A~71. Γ。
[0039] 4)確定饋源22在角度A上的照射錐削。降低照射錐削數值，有利于降低天線 副瓣，但也會造成天線增益下降，因此需要選取一個適中的數值，為實現超低副瓣，一般取 為-15dB。
[0040] 5)饋源22的極化方式為線極化時，為進一步降低副瓣，應使電場極化方向與饋電 波導14垂直。極化方式為圓極化時，無特殊要求。
[0041] 6)通過仿真或者測試，確定相位中心12的位置。根據相位中心12的位置，以及反 射面組件1的結構參數，確定饋電波導的外形尺寸。
[0042] 7)饋電波導14為標準矩形波導，其長邊、短邊尺寸符合國家標準或者為按照工作 頻率設定的值。饋電波導折彎處無圓弧過渡。
[0043] 8)尖劈15的尺寸，等腰三角形底邊長度與饋電波導窄邊外尺寸相等并平齊，等腰 三角形的高約為工作頻率在自由空間中的波長。
[0044] 9)法蘭18的尺寸為標準波導法蘭尺寸或專用的接口尺寸。
[0045] 2、機械接口設計
[0046] 1)在反射面組件1上設有如下機械接口 ：
[0047] -一反射面安裝接口 8,用于把超低副瓣反射面天線安裝于伺服機構上；
[0048] -一第一饋源安裝座接口 9,用于把饋源安裝座4安裝在反射面組件1上；
[0049] --第一支撐桿安裝點10、第二支撐桿安裝點25,用于安裝第一支撐桿3、第二支 撐桿24;以及
[0050] --立方鏡安裝接口 11，用于安裝立方鏡，立方鏡是用于標定焦軸5的基準鏡。
[0051] 2)在饋源組件2上設有如下機械接口 ：
[0052] -一第二饋源安裝座接口 17,用于把饋源組件2安裝在饋源安裝座4上。
[0053] -一第三支撐桿安裝點19,用于安裝第一支撐桿3、第二支撐桿24。
[0054] 3、裝配的約束條件
[0055] 首先，把饋源組件2安裝在饋源安裝座4上，然后把饋源安裝座4及饋源組件2安 裝在反射面組件1上，通過精密測量設備，對拋物面19進行和最小二乘法擬合，確定反射面 組件1的焦軸5和焦點7,再通過精密測量設備，測量相位中心12與焦點7的偏差，控制該 偏差在一定容許范圍之內，然后再通過精密測量設備，測量波束主軸13與焦軸5的同軸度， 控制該同軸度在一定容許范圍之內，然后通過微調墊片等措施，使饋源安裝座4與反射面 組件1完成安裝固定，最后，依次安裝2根支撐桿3、24分別到第一支撐桿安裝點10和第二 支撐桿安裝點17,安裝時不得帶有裝配應力。
[0056] 綜上所述，采用本發明的超低副瓣反射面天線，實現了超低副瓣、適用于大角度掃 描，同時具有結構簡單、剛度好、可靠性高等優點。
[0057] 本發明中未說明部分屬于本領域的公知技術。
【主權項】
1. 一種超低副瓣反射面天線，用于實現超低副瓣并適用于大角度掃描，其特征在于，包 括：反射面組件、饋源組件、饋源安裝座、以及第一和第二支撐桿， 其中， 所述饋源組件通過所述饋源安裝座、以及所述第一和第二支撐桿與所述反射面組件連 接，以及 所述反射面組件為旋轉對稱拋物面，從而適用于大角度范圍內的機械掃描。2. 根據權利要求1所述的超低副瓣反射面天線，其特征在于，所述反射面組件的所述 旋轉對稱拋物面具有焦點、頂點、焦軸、和口徑輪廓線， 其中，所述口徑輪廓線為圓形的，以及所述焦軸垂直通過所述口徑輪廓線的圓心。3. 根據權利要求2所述的超低副瓣反射面天線，其特征在于，所述饋源組件具有相位 中心、波束主軸、饋電波導、和饋源， 其中， 所述相位中心被安裝在所述旋轉對稱拋物面的所述焦點上， 所述波束主軸與所述旋轉對稱拋物面的所述焦軸重合，以及 所述饋源和所述饋電波導是一體化的結構。4. 根據權利要求3所述的超低副瓣反射面天線，其特征在于，所述饋源組件的受照射 面具有尖劈，以改善電磁輻射，從而有利于降低副瓣電平， 其中，所述饋電波導面向所述反射面組件的一側設有所述尖劈。5. 根據權利要求4所述的超低副瓣反射面天線，其特征在于，所述尖劈為等腰三角形 的， 其中，所述等腰三角形的底邊長度與所述饋電波導的窄邊外尺寸相等并平齊，以及高 為工作頻率在自由空間中的波長。6. 根據權利要求3所述的超低副瓣反射面天線，其特征在于， 所述相位中心與所述焦點重合，在沿所述焦軸方向的偏差滿足第一預定偏差限制要 求，以及 所述波束主軸與所述焦軸重合，兩者的同軸度滿足第二預定偏差限制要求。7. 根據權利要求3所述的超低副瓣反射面天線，其特征在于，所述饋源的口徑小，以減 少對所述反射面組件的遮擋，從而有利于降低副瓣電平。8. 根據權利要求3所述的超低副瓣反射面天線，其特征在于，所述第一和第二支撐桿 與所述饋電波導共同提供對所述饋源組件的結構支撐，從而具有適合的力學剛度。9. 根據權利要求1所述的超低副瓣反射面天線，其特征在于， 所述第一和第二支撐桿的安裝位置避開了所述反射面組件的中心區域，以減少對所述 反射面組件的遮擋，從而有利于降低副瓣電平。10. 根據權利要求1所述的超低副瓣反射面天線，其特征在于，還包括： 饋源安裝座接口，用于將所述饋源組件安裝在所述饋源安裝座上，以及 第一和第二支撐桿安裝點，用于安裝所述第一和第二支撐桿。
【文檔編號】H01Q19/13GK105896100SQ201510036123
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2015年1月23日
【發明人】莊建樓, 周傲松, 韓運忠, 高文軍, 俞筆奇, 曾惠忠, 張 杰, 劉志佳, 智國平, 劉國青, 杜卓林
【申請人】北京空間飛行器總體設計部