超低副瓣反射面天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種超低副瓣反射面天線，用于實(shí)現(xiàn)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(zhuǎn)對(duì)稱拋物面，從而適用于大角度范圍內(nèi)的機(jī)械掃描。因此，本發(fā)明所提出的超低副瓣反射面天線，實(shí)現(xiàn)了超低副瓣、適用于大角度掃描，同時(shí)具有結(jié)構(gòu)簡單、剛度好、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】
超低副瓣反射面天線
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于天線與微波技術(shù)領(lǐng)域，涉及航天飛行器天線技術(shù)，具體地，涉及一種超 低副瓣反射面天線。
【背景技術(shù)】
[0002] 應(yīng)了解，反射面天線是常見的航天器天線形式，一般用來實(shí)現(xiàn)較高的增益。為了提 高通信質(zhì)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(jī)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(huán)焦型。
[0004] 其中，偏饋單反和偏饋雙反（Cassegrian型）的優(yōu)點(diǎn)為低副瓣，缺點(diǎn)為包絡(luò)尺寸較 大，不利于輕量化設(shè)計(jì)，并且偏饋結(jié)構(gòu)不利于大角度掃描。正饋單反型的優(yōu)點(diǎn)為包絡(luò)尺寸 小，有利于輕量化設(shè)計(jì)，有利于大角度掃描，但較難降低副瓣。
[0005] 正饋雙反（Gregorian型）和環(huán)焦型這類天線要求副反直徑大于7波長，對(duì)于口徑 直徑約40個(gè)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(zhì)、極化特性差等方面的明 顯缺點(diǎn)。
[0007] 當(dāng)前，國內(nèi)采用偏饋雙反結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的星載Ka波段機(jī)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的星載Ka波段機(jī)械可移波束 天線，波束掃描范圍一般可達(dá)±90°，副瓣為_15dB。采用正饋單反結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的星載S波段 機(jī)械可移波束天線，波束掃描范圍一般可達(dá)±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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的星載Ka波段機(jī)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(duì)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(fā)明內(nèi)容】

[0009] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)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(shí)現(xiàn)一種副瓣達(dá)到-30dB的超低副瓣反射面天線，同 時(shí)還具有適用于±90°大角度波束掃描的特點(diǎn)。
[0010] 本發(fā)明提出了一種超低副瓣反射面天線，用于實(shí)現(xiàn)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(zhuǎn)對(duì)稱拋物 面，從而適用于大角度范圍內(nèi)的機(jī)械掃描。
[0011] 反射面組件的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱拋物面具有焦點(diǎn)、頂點(diǎn)、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(dǎo)、和饋源，其中，相位中心被安裝在旋轉(zhuǎn)對(duì)稱拋物面的焦點(diǎn)上，波束主軸與旋轉(zhuǎn)對(duì) 稱拋物面的焦軸重合，以及饋源和饋電波導(dǎo)是一體化的結(jié)構(gòu)。
[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(dǎo)面向反射面組件的一側(cè)設(shè)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(dǎo)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(yōu)選地，相位中心與焦點(diǎn)重合，在沿所述焦軸方向的偏差滿足第一預(yù)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(yù)定偏差限制要求。
[0014] 饋源的口徑小，以減少對(duì)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(dǎo)共同提供對(duì)饋源組件的結(jié)構(gòu)支撐，從而具有適合的力學(xué)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(qū)域，以減少對(duì)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(jù)本發(fā)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(diǎn)，用于安裝所述第一和第二 支撐桿。
[0016] 因此，本發(fā)明所提出的超低副瓣反射面天線，實(shí)現(xiàn)了超低副瓣、適用于大角度掃 描，同時(shí)具有結(jié)構(gòu)簡單、剛度好、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0017] 圖1為根據(jù)本發(fā)明的超低副瓣反射面天線的外形圖；
[0018] 圖2為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】所涉及的反射面組件的細(xì)節(jié)名稱圖；
[0019] 圖3為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】所涉及的饋源組件的細(xì)節(jié)名稱圖；
[0020] 圖4為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】所涉及的饋源安裝座的外形圖；以及
[0021] 圖5為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】所涉及的尖劈的橫截面示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 應(yīng)了解，本發(fā)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(zhuǎn)對(duì)稱拋物面，適用于大角度范圍內(nèi)的機(jī)械掃描。饋源的相位 中心安裝在拋物面焦點(diǎn)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(qū)域，減 少了對(duì)反射面的遮擋，有利于降低副瓣電平，并且具有力學(xué)剛度好的特點(diǎn)。本發(fā)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(shí)現(xiàn)了超低副瓣、適用于大角度掃 描，同時(shí)具有結(jié)構(gòu)簡單、剛度好、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。
[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(diǎn)、頂點(diǎn)、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(dǎo)、饋源，相位中心與焦點(diǎn)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(dǎo)受照射面具有尖劈，用于改善其電磁散射，同時(shí)支撐桿、支撐桿避 開了反射面組件中心區(qū)域，減少了對(duì)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(duì)反射面組件的遮擋，有利于降低副瓣電平。支撐桿饋電波導(dǎo)共同提供了對(duì)饋源組 件的結(jié)構(gòu)支撐的功能，并具有力學(xué)剛度好的特點(diǎn)。
[0025] 下面結(jié)合附圖1-5及【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0026] 注意，本發(fā)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(diǎn)6、焦點(diǎn)7。焦軸5就是過頂點(diǎn)6和焦點(diǎn)7的直線。頂點(diǎn)6和焦點(diǎn)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(nèi) 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(duì)稱軸的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱結(jié)構(gòu)，對(duì)稱軸過口徑面20的圓心，這 種結(jié)構(gòu)稱為正饋反射面，有利于實(shí)現(xiàn)±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(dǎo)14,兩者是一體化結(jié)構(gòu)。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(guān)系是：波束主軸13與 焦軸5重合，相位中心12與焦點(diǎn)7重合。饋電波導(dǎo)14即用作微波傳輸通道，也用作支撐結(jié) 構(gòu)，饋電波導(dǎo)14面向反射面組件1的一側(cè)設(shè)有尖劈15,用于改善饋電波導(dǎo)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(diǎn)一端位于反射面組件1的第一支撐桿安裝 點(diǎn)10、第二支撐桿安裝點(diǎn)25上，另一端位于饋源組件2的第三支撐桿安裝點(diǎn)19上，避開了 反射面中心區(qū)域，減少了對(duì)反射面的遮擋，有利于降低副瓣電平。
[0030] 應(yīng)了解，要實(shí)現(xiàn)一種緊湊式波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，具體應(yīng)考慮從如下幾個(gè)方面來實(shí)現(xiàn)：
[0031] 1、電設(shè)計(jì)約束條件
[0032] 1)確定口徑（記為D):根據(jù)所要實(shí)現(xiàn)的天線增益（記為G，單位為dBi)，估算口徑 D的大小，兩者的關(guān)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(guān)系為：
[0037]
[0038] 當(dāng)焦徑比取為0· 35時(shí)，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(shù)值，有利于降低天線 副瓣，但也會(huì)造成天線增益下降，因此需要選取一個(gè)適中的數(shù)值，為實(shí)現(xiàn)超低副瓣，一般取 為-15dB。
[0040] 5)饋源22的極化方式為線極化時(shí)，為進(jìn)一步降低副瓣，應(yīng)使電場極化方向與饋電 波導(dǎo)14垂直。極化方式為圓極化時(shí)，無特殊要求。
[0041] 6)通過仿真或者測(cè)試，確定相位中心12的位置。根據(jù)相位中心12的位置，以及反 射面組件1的結(jié)構(gòu)參數(shù)，確定饋電波導(dǎo)的外形尺寸。
[0042] 7)饋電波導(dǎo)14為標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)，其長邊、短邊尺寸符合國家標(biāo)準(zhǔn)或者為按照工作 頻率設(shè)定的值。饋電波導(dǎo)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(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)法蘭尺寸或?qū)Ｓ玫慕涌诔叽纭?br>[0045] 2、機(jī)械接口設(shè)計(jì)
[0046] 1)在反射面組件1上設(shè)有如下機(jī)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(jī)構(gòu)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(diǎn)10、第二支撐桿安裝點(diǎn)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(biāo)定焦軸5的基準(zhǔn)鏡。
[0051] 2)在饋源組件2上設(shè)有如下機(jī)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(diǎn)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(cè)量設(shè)備，對(duì)拋物面19進(jìn)行和最小二乘法擬合，確定反射面 組件1的焦軸5和焦點(diǎn)7,再通過精密測(cè)量設(shè)備，測(cè)量相位中心12與焦點(diǎn)7的偏差，控制該 偏差在一定容許范圍之內(nèi)，然后再通過精密測(cè)量設(shè)備，測(cè)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(nèi)，然后通過微調(diào)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(diǎn)10和第二 支撐桿安裝點(diǎn)17,安裝時(shí)不得帶有裝配應(yīng)力。
[0056] 綜上所述，采用本發(fā)明的超低副瓣反射面天線，實(shí)現(xiàn)了超低副瓣、適用于大角度掃 描，同時(shí)具有結(jié)構(gòu)簡單、剛度好、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。
[0057] 本發(fā)明中未說明部分屬于本領(lǐng)域的公知技術(shù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種超低副瓣反射面天線，用于實(shí)現(xiàn)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(zhuǎn)對(duì)稱拋物面，從而適用于大角度范圍內(nèi)的機(jī)械掃描。2. 根據(jù)權(quán)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(zhuǎn)對(duì)稱拋物面具有焦點(diǎn)、頂點(diǎn)、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(jù)權(quán)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(dǎo)、和饋源， 其中， 所述相位中心被安裝在所述旋轉(zhuǎn)對(duì)稱拋物面的所述焦點(diǎn)上， 所述波束主軸與所述旋轉(zhuǎn)對(duì)稱拋物面的所述焦軸重合，以及 所述饋源和所述饋電波導(dǎo)是一體化的結(jié)構(gòu)。4. 根據(jù)權(quán)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(dǎo)面向所述反射面組件的一側(cè)設(shè)有所述尖劈。5. 根據(jù)權(quán)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(dǎo)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(jù)權(quán)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(diǎn)重合，在沿所述焦軸方向的偏差滿足第一預(yù)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(yù)定偏差限制要求。7. 根據(jù)權(quán)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(duì)所述反射面組件的遮擋，從而有利于降低副瓣電平。8. 根據(jù)權(quán)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(dǎo)共同提供對(duì)所述饋源組件的結(jié)構(gòu)支撐，從而具有適合的力學(xué)剛度。9. 根據(jù)權(quán)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(qū)域，以減少對(duì)所述 反射面組件的遮擋，從而有利于降低副瓣電平。10. 根據(jù)權(quán)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(diǎn)，用于安裝所述第一和第二支撐桿。
【文檔編號(hào)】H01Q19/13GK105896100SQ201510036123
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2015年1月23日
【發(fā)明人】莊建樓, 周傲松, 韓運(yùn)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(qǐng)人】北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部