專利名稱：一種寬帶弱耦合相控陣饋源單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及射電天文領(lǐng)域中一種用于射電望遠(yuǎn)鏡天線的寬帶弱耦合相控陣饋源單元，適合用作L Ku頻段射電望遠(yuǎn)鏡相控陣饋源的組成單元，也可應(yīng)用于通信、測(cè)控和監(jiān)測(cè)反射面天線的相控陣饋源，組成寬帶低交叉極化、低反射損耗的高性能相控陣饋源前端。其布陣形式為三角形或圓環(huán)形排布，可實(shí)現(xiàn)單極化或雙極化工作。
背景技術(shù)：
隨著射電天文技術(shù)的發(fā)展，天文學(xué)家對(duì)宇宙射電源的觀測(cè)需求不斷增加。在射電望遠(yuǎn)鏡數(shù)量無法顯著 增加的情況下，使用多波束天線技術(shù)可以有效地提高觀測(cè)速度，如在澳大利亞Parkes64m和波多黎各的Arecibo305m射電望遠(yuǎn)鏡上分別配備了 13波束和7波束的多波束接收機(jī)。相控陣饋源是射電天文技術(shù)的重要研究方向之一，它以一個(gè)小型相控陣天線代替波導(dǎo)饋源饋電，通過數(shù)字波束合成網(wǎng)絡(luò)將各個(gè)單元接收到的信號(hào)賦權(quán)合成，與使用傳統(tǒng)的饋源組饋電的射電望遠(yuǎn)鏡相比具有偏軸波束增益更高、視場(chǎng)更廣，覆蓋區(qū)域連續(xù)的特點(diǎn)，因此被認(rèn)為是新一代的多波束接收機(jī)技術(shù)。作為相控陣饋源的重要組成部分，天線陣列前端的設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)接收機(jī)系統(tǒng)的性能至關(guān)重要。眾所周知，單元間的互耦效應(yīng)是影響陣列天線性能的重要因素?；ヱ畹挠绊懼饕憩F(xiàn)在單元的陣中方向圖和阻抗與處在自由空間時(shí)有很大的不同，導(dǎo)致陣列實(shí)際的性能與不考慮互耦效應(yīng)的理想情況下存在較大差異。單元間的互耦與單元間距有很大的關(guān)系，單元間距越小，互耦越強(qiáng)烈。而相控陣饋源的單元間距很小，互耦的影響十分明顯，單元與LNA的阻抗失配引起的噪聲在L及以上頻段是相控陣饋源系統(tǒng)噪聲的主要來源之一。由于射電望遠(yuǎn)鏡的靈敏度與系統(tǒng)溫度成反比，對(duì)于追求極低系統(tǒng)噪聲溫度的射電望遠(yuǎn)鏡而言，降低由互耦引起的噪聲是設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。射電望遠(yuǎn)鏡的靈敏度與天線帶寬的平方根成正比，而相控陣饋源系統(tǒng)的帶寬又決定于陣列單元的帶寬，因此陣列單元的帶寬也是相控陣饋源研制的重要參數(shù)。常用的寬帶陣列單元有寬帶振子、Vivaldi等形式，寬帶振子形式的單元雖可實(shí)現(xiàn)較寬的帶寬，但方向圖較寬，對(duì)稱性差，單元間的互耦較強(qiáng)；Vivaldi單元的帶寬更寬，互耦強(qiáng)烈，且不易與后端制冷的LNA連接。背腔天線具有良好的性能，但常用的矩形和圓形背腔體積較大，因此一般只單獨(dú)使用，難以用作陣列天線的單元。矩形背腔天線在組成三角形陣列時(shí)，相鄰行單元的背腔相互干涉，難以滿足相控陣饋源所要求的單元間距。同時(shí)，矩形和圓形背腔天線組陣時(shí)單元間存在間隙，接收面積不連續(xù)，效率較低。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于避免背景技術(shù)中的不足之處而提出了一種便于小間距三角形和圓環(huán)形組陣的寬帶弱耦合相控陣饋源單元，本實(shí)用新型還具有輻射方向圖旋轉(zhuǎn)對(duì)稱、交叉極化電平低、反射損耗小、便于連接制冷LNA等特點(diǎn)，適合用作L Ku頻段相控陣饋源的組成單元。[0006]本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的—種寬帶弱耦合相控陣饋源單元，包括輻射器I、同軸饋線2、金屬支撐柱3、反射背腔和匹配圓盤5 ;輻射器I位于反射背腔的口面，由設(shè)置在反射背腔內(nèi)的同軸饋線2和金屬支撐柱3支撐；匹配圓盤5平行于輻射器I之上，由設(shè)置在輻射器I上的介質(zhì)柱9支撐；其特征在于所述的反射背腔為六邊形反射背腔4。所述的六邊形反射背腔的高度為0. 25入，與腔體內(nèi)切圓的半徑為0. 3入 0. 5入，其中，\為工作頻段中心頻率的波長。所述的六邊形反射背腔的底部中心有一個(gè)圓形凹槽8，深度小于0. 17 A ;圓形凹槽8留有兩個(gè)通孔，用于引出同軸饋線2，通孔半徑與同軸饋線2的外導(dǎo)體7內(nèi)半徑相同。輻射器I由兩個(gè)正交放置的寬臂對(duì)稱振子6組成，振子臂由饋電處以90°夾 角逐漸展寬，達(dá)到一定寬度后延伸至所需長度；振子臂寬度為0. 16入 0. 25 X，長度為
0.20 A 0.25入；其中，入為工作頻段中心頻率的波長。輻射器I兩對(duì)稱軸分別與六邊形反射背腔4的對(duì)稱軸重合。同軸饋線2為內(nèi)外同心的金屬圓管結(jié)構(gòu)，內(nèi)穿同軸線，同軸線的外壁與金屬管壁連接。匹配圓盤5為一金屬圓盤，半徑取值在0. 15入 0.25入之間，距六邊形反射背腔4 口面的高度為0.05入 0.15入；匹配圓盤5上留有4個(gè)通孔，用以連接支撐其的介質(zhì)柱9。金屬支撐柱3頂端與輻射器I的一個(gè)振子臂相連，再連接同軸饋線2的內(nèi)導(dǎo)體8，底端連接于六邊形反射腔3底部的圓形凹槽8 ；同軸饋線2的外導(dǎo)體7頂端與輻射器I的另一個(gè)臂相連，底端連接于六邊形反射腔3底部的圓形凹槽8。本實(shí)用新型與背景技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)I.本實(shí)用新型采用了兩個(gè)正交的寬臂對(duì)稱振子6作為寬帶輻射器1，同軸饋線2、金屬支撐柱3以及六邊形反射背腔4組成一個(gè)巴倫，在寬頻帶上為輻射器I平衡饋電，從而展寬了天線的工作頻段，在2 :1的頻帶內(nèi)具有較低的反射損耗和交叉極化電平。2.本實(shí)用新型采用一種六邊形反射背腔4的設(shè)計(jì)技術(shù)，減小了對(duì)角單元間的物理干涉，克服了現(xiàn)有矩形背腔難以實(shí)現(xiàn)小間距三角形組陣的缺陷。同時(shí)降低了單元之間的互耦，改善了寬臂對(duì)稱振子6輻射方向圖的不對(duì)稱性，提高了照射效率。3.本實(shí)用新型制造的寬帶弱耦合相控陣饋源單元適合用作L Ku頻段反射面天線三角形和圓環(huán)形布陣的相控陣饋源的單元。

圖I是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型輻射器I結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本實(shí)用新型六邊形反射背腔4結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本實(shí)用新型匹配圓盤5結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
參照?qǐng)D1，本實(shí)用新型由輻射器I、同軸饋線2、金屬支撐柱3、六邊形反射背腔4、匹配圓盤5構(gòu)成，輻射器I由兩個(gè)正交的寬臂對(duì)稱振子6組成，由同軸饋線2和金屬支撐柱3支撐在六邊形反射背腔4的口面，匹配圓盤5位于輻射器I上方，與輻射器I保持平行，由介質(zhì)柱9支撐。同軸饋線2為內(nèi)外同心圓管結(jié)構(gòu)，其內(nèi)導(dǎo)體8頂部與輻射器I的一個(gè)臂相連，外導(dǎo)體7頂部與輻射器I的一個(gè)臂相連，底部與六邊形反射腔3底部連接。同軸饋線2作用在于為輻射器I饋電，同時(shí)將其支撐于六邊形反射背腔4的口面。同軸饋線2與金屬支撐柱3的外徑相同，二者可由金屬材料加工而成，也可使用金屬空心圓柱作為支撐，內(nèi)穿同軸線，同軸線的外壁與金屬空心圓管連接。同軸線的阻抗Ztl與外導(dǎo)體7的內(nèi)徑b和內(nèi)導(dǎo)體8的半徑a有關(guān)
權(quán)利要求1.一種寬帶弱耦合相控陣饋源單元，包括輻射器(I)、同軸饋線(2)、金屬支撐柱(3)、反射背腔和匹配圓盤(5);輻射器(I)位于反射背腔的口面，由設(shè)置在反射背腔內(nèi)的同軸饋線⑵和金屬支撐柱⑶支撐；匹配圓盤(5)平行于輻射器⑴之上，由設(shè)置在輻射器(I)上的介質(zhì)柱(9)支撐；其特征在于所述的反射背腔為六邊形反射背腔(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種寬帶弱耦合相控陣饋源單元，其特征在于所述的六邊形反射背腔的高度為0.25入，與腔體內(nèi)切圓的半徑為0.3入 0.5入，其中，入為工作頻段中心頻率的波長。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種寬帶弱耦合相控陣饋源單元，其特征在于所述的六邊形反射背腔的底部中心有一個(gè)圓形凹槽(10)，深度小于0.17 X ;圓形凹槽(10)留有兩個(gè)通孔，用于引出同軸饋線(2)，通孔半徑與同軸饋線⑵的外導(dǎo)體(7)內(nèi)半徑相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種寬帶弱耦合相控陣饋源單元，其特征在于輻射器(I)由兩個(gè)正交放置的寬臂對(duì)稱振子(6)組成，振子臂由饋電處以90°夾角逐漸展寬，達(dá)到一定寬度后延伸至所需長度；振子臂寬度為0. 16 X 0. 25 X，長度為0. 20 X 0. 25 A ;其中，入工作頻段中心頻率。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種寬帶弱耦合相控陣饋源單元，其特征在于輻射器(I)兩對(duì)稱軸分別與六邊形反射背腔(4)的對(duì)稱軸重合。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種寬帶弱耦合相控陣饋源單元，其特征在于同軸饋線(2)為內(nèi)外同心的金屬圓管結(jié)構(gòu)，內(nèi)穿同軸線，同軸線的外壁與金屬管壁連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種寬帶弱耦合相控陣饋源單元，其特征在于匹配圓盤(5)為一金屬圓盤，半徑取值在0. 15X 0.25X之間，距六邊形反射背腔(4) 口面的高度為0.05 A 0.15入；匹配圓盤(5)上留有4個(gè)通孔，用以連接支撐其的介質(zhì)柱(9)。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種寬帶弱耦合相控陣饋源單元，其特征在于金屬支撐柱(3)頂端與輻射器(I)的一個(gè)振子臂相連，再連接同軸饋線(2)的內(nèi)導(dǎo)體(8)，底端連接于六邊形反射腔⑶底部的圓形凹槽(10);同軸饋線⑵的外導(dǎo)體(7)頂端與輻射器⑴的另一個(gè)臂相連，底端連接于六邊形反射腔(3)底部的圓形凹槽(10)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種寬帶弱耦合相控陣饋源單元，它涉及射電天文領(lǐng)域中三角形布陣的相控陣饋源接收機(jī)，也可應(yīng)用于通信、測(cè)控和監(jiān)測(cè)反射面天線的相控陣饋源。它由輻射器、同軸饋線、六邊形反射背腔和匹配圓盤構(gòu)成。它采用底部帶有圓形凹槽的六邊形反射背腔，從而達(dá)到減小單元間的互耦、展寬天線帶寬、減小單元間的物理干涉的目的。本實(shí)用新型還具有輻射方向圖旋轉(zhuǎn)對(duì)稱、交叉極化電平低、反射損耗小等特點(diǎn)，適合用作L～Ku頻段射電天文望遠(yuǎn)鏡天線相控陣饋源接收機(jī)前端的組成單元。
文檔編號(hào)H01Q19/12GK202797262SQ20122051237
公開日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月8日
發(fā)明者伍洋, 張小義, 杜彪 申請(qǐng)人:中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所