專利名稱：具有介質錐饋源的雙鏡天線的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種天線裝置，尤其涉及一種具有介質錐饋源的雙鏡天線。
技術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?，F有技術中的雙鏡天線，利用波紋喇叭作為饋源，并用金屬支桿來支撐副面。 上述現有技術至少存在以下缺點結構復雜、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)明內容本發(fā)明的目的是提供一種價格低廉、結構緊湊、安裝方便，且具有理想電性能的具有 介質錐饋源的雙鏡天線。本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現的本發(fā)明的具有介質錐饋源的雙鏡天線，包括主面、副面、饋電波導，所述副面通過介 質錐固定在所述饋電波導上，所述介質錐由介質材料做成，所述介質錐的錐頂部位固定在 所述饋電波導上，所述介質錐的錐底部位與所述副面連接；所述介質錐的側表面開有波紋槽，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)明提供的技術方案可以看出，本發(fā)明所述的具有介質錐饋源的雙鏡天線， 由于副面通過介質錐固定在饋電波導上，介質錐的側表面開有l(wèi)/4波長深的波紋槽。介質錐 價格低廉，副面、介質錐與饋電波導之間結構緊湊、安裝方便，且介質錐饋源還利用了介 質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)明具有介質錐饋源的雙鏡天線的結構示意圖；圖2為本發(fā)明中介質錐的結構示意圖；圖3為本發(fā)明中設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2，副面3通過介質錐4固定在饋電波導2上，介質錐4由介質材料做成， 介質錐4的錐頂部位固定在饋電波導2上，介質錐4的錐底部位與副面3連接。這樣，介質錐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，介質錐4的側表面可以開有波紋槽5，形成阻抗變換器，用于實現介質錐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。當然根據需要波紋槽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^為所述介質材料的介電常數；4為波紋槽5處的等效介電常數。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，根據需要也 可以選用其它優(yōu)選的數值。介質材料的介電常數可以為^=2.3 2.7，如介電常數為2.4、 2.5、 2.6等，根據需要也可以選用其它的介電常數。介質材料可以選用聚苯乙烯、聚四氟乙烯等，或其它的介 質材料。介質錐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。，可以選取介質錐4的 半張角W大于或等于3(f。介質錐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2連接，同時用于實現介質錐4與饋電波導2之間的波阻抗匹配。副面3的頂點處設有匹配錐7，匹配錐7的錐頂朝向饋電波導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2的能量反射到主面1的遠離波導2的區(qū)域中去。如圖3所示，匹配錐7的錐底可以根據以下原則確定首先，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)明中的介質錐饋源由饋電波導和半張角為^的介質錐所構成，很象波紋饋源，它 傳播的模是平衡混合模(HEh模)。因此介質錐饋源具有波紋喇叭所有的電性能上的優(yōu)點， 比波紋喇叭更進一歩，介質錐饋源還利用了介質與周圍空氣界面上的完全內反射的特點， 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，并且它的結構簡單，生 產成本低廉，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。介質錐的半張角^可以由饋電波導輻射場從副面漏失掉的電磁波的最大漏失角^和 介質錐的臨界入射角^'c決定。若介質錐的介電常數為^，則介質錐的臨界入射角<formula>formula see original document page 6</formula> "c的余角就是介質錐的母線與饋電波導的全部內反射的空間射線之間 的夾角，從而由^和^就確定了介質錐的半張角^》"c + ^—90°，此時饋電波導輻射 場全部反射到副面。本發(fā)明中，介質錐饋源利用了介質錐與空氣界面處的全部內反射的介質材料的特性， 將由饋電波導中所輻射的能量主要都集中在介質錐所占據的空間區(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 反射到饋電波導的能量反射到主面的遠離圓波導的區(qū)域中去，改善了介質錐饋源對饋電波 導的匹配，同時又控制了天線口面場的分布。本發(fā)明在介質錐表面開4波長深的波紋槽，利用4阻抗變換器的原理來實現介質錐到 空間的過渡，改善了介質錐對自由空間的匹配。具體實施例首先，選介電常數^=2.5的聚苯乙烯作為介質錐的材料，它的全部內反射的臨界入射 角^& = 39_2°。讓由饋電圓波導的在離軸80。以內的輻射能量都集中在介質錐之內，則介質錐的半張角^應大于或等于29. 2° ，實際取W =30. 2° 然后，確定介質錐表面上的波紋槽的幾何尺寸<formula>formula see original document page 7</formula>介質錐中的波阻抗 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《'=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&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，將介質錐在饋電圓波導內部的部分利用三段4波長阻抗變換器對波導的波阻抗 進行匹配，三個階梯不連續(xù)處的反射系數既可按二項式分布又可按契比雪夫多項式分布。 以便在一預先規(guī)定的帶寬內，得到極低的總反射系數。最后，進行副面頂點處的匹配錐的設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， 計算出相應于副面遮擋主面1的邊緣點A與主面1的外緣的夾角^值。可以根據^來計算出相應于^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。若是則設計結束；若不是則重新選定匹配錐的半錐角，再進 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，若嚴重不同相，則應改變天線的幾 何參數，重復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)明中的介質錐既可用商業(yè)上適合的介質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，則可以應用導電膠將副面及其匹配錐固定在介質錐上。介質錐與饋電波導的 固定可用樹脂膠將介質錐連接在饋電波導上。將介質錐饋源與副面做成一個整體，既便于 安裝，又有結構緊湊，牢固耐用等特點。本發(fā)明提供利用介質錐饋源來替代價格昂貴的波紋喇叭，而介質錐饋源既對副面起到 結構支撐的作用，又利用了介質錐饋源的極其優(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、結構緊湊、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。在標準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 介質錐側面開波紋槽，可改善副面對饋電波導的匹配并進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 何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都 應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1. 一種具有介質錐饋源的雙鏡天線，包括主面、副面、饋電波導，其特征在于，所述副面通過介質錐固定在所述饋電波導上，所述介質錐由介質材料做成，所述介質錐的錐頂部位固定在所述饋電波導上，所述介質錐的錐底部位與所述副面連接；所述介質錐的側表面開有波紋槽，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、 根據權利要求l所述的具有介質錐饋源的雙鏡天線，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、 根據權利要求1或2所述的具有介質錐饋源的雙鏡天線，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^為所述介質材料的介電常數；^為所述波紋 槽處的等效介電常數。 —
4、 根據權利要求3所述的具有介質錐饋源的雙鏡天線，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、 根據權利要求l所述的具有介質錐饋源的雙鏡天線，其特征在于，所述介質材料的介電常數為^ =2. 3 2. 7，所述介質錐的半張角^由以下原則確定 (91 >傷c十— go0式中^'C為所述介質材料發(fā)生全反射的臨界入射角；^為由所述饋電波導從所述副 面漏失掉的電磁波的最大漏失角。
6、 根據權利要求5所述的具有介質錐饋源的雙鏡天線，其特征在于，所述介質材料為聚苯乙烯，所述的最大的漏失角&小于或等于80。，所述介質錐的半張角W大于或等于 30。。
7、 根據權利要求l所述的具有介質錐饋源的雙鏡天線，其特征在于，所述介質錐的錐 頂部位設有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連接。
8、 根據權利要求l所述的具有介質錐饋源的雙鏡天線，其特征在于，所述副面的頂點 處設有匹配錐，所述匹配錐的錐頂朝向所述饋電波導；所述匹配錐的錐底部位與所述副面 連接。
9、 根據權利要求8所述的具有介質錐饋源的雙鏡天線，其特征在于，所述匹配錐的半 張角等于65°_80°。
10、 根據權利要求8或9所述的具有介質錐饋源的雙鏡天線，其特征在于，所述匹配錐的錐底根據以下原則確定首先，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錐饋源的雙鏡天線，包括主面、副面、饋電波導，副面通過介質錐固定在饋電波導上，介質錐的錐頂部位設有1/4波長阻抗變換器與饋電波導連接，介質錐的側表面設有1/4波長的波紋槽，副面的頂點處設有半張角為65°-80°的匹配錐。介質錐價格低廉，副面、介質錐與饋電波導之間結構緊湊、安裝方便，且介質錐饋源還利用了介質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:北京天瑞星際技術有限公司