一种双频段波束等化侧馈偏置卡塞格伦天线及其实现方法技术

本发明专利技术涉及一种双频段波束等化侧馈偏置卡塞格伦天线及其实现方法，该天线包括四副标准侧馈偏置卡塞格伦天线，每副天线包括主反射器、副反射器和馈源组件，其中四副侧馈偏置卡塞格伦天线为标准形式，收发共用，每个馈源组件由多个样条赋形光壁喇叭馈源组成，每个样条赋形光壁喇叭馈源由样条赋形光壁喇叭、方圆过渡、圆极化器、方方过渡和正交模耦合器顺序连接形成，其低频发射方向图的主瓣、高频接收方向图的第一旁瓣照射反射器，馈源组件的相位中心置于应位于反射器的焦平面上，且指向等效反射面的中心，本发明专利技术使天线收发方向图具有相等的波束宽度，且结构简单、轻便、设计容易、性能优良、实用性强等优点，并且具有良好的抗同频干扰能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属于天线

技术介绍
随着卫星宽带多媒体业务需求的快速增长，使相对空闲的Ka频段代替C频段和Ku频段，成为全球各地特别是欧美地区高清电视及宽带多媒体双向业务的首选频段。目前，Ka频段宽带多媒体通信卫星大多使用高增益多波束天线，采用多色复用形式实现大容量和广覆盖特性。此外，为了获得高效传输，要求多波束天线具有低旁瓣特性，以减小同频波束之间的干扰。星载高增益低旁瓣多波束天线主要有直射相控阵天线和反射面+阵列馈源天线两大类。直射相控阵天线波束形成网络复杂，当形成多个波束时通道组件成倍增加，最终导 致整副相控阵天线重量、功耗和热耗都比较大，并且其工作频率带宽有限。单口径单馈源子波束形成多波束，其效率较低，旁瓣较高；单口径多馈源优化合成多波束，当系统所需波束数目较多时馈电网络复杂，需要大量的移相衰减组件和控制组件，实现难度较大；多口径单馈源子波束形成多波束，每副口径天线可以选择较大口径的喇叭馈源，不同口径天线对应的馈源阵形成的波束间隔排列，无需复杂的馈电网络就能实现高增益和低旁瓣无缝覆盖。目前，星上使用的Ka频段多口径单馈源多波束天线主要有两类收发分开和收发共用。收发分开形式收发频段各使用一套天馈系统，收发天线口径电尺寸相当，从而获得收发波束宽度的一致性；收发共用形式收发频段使用一套天馈系统，采用双频馈源，反射器边缘采用二色性材料或者阶梯圆环，使高频电磁波在反射器边缘透射或者抵消，从而使收发天线口径电尺寸相当，获得收发波束宽度的一致性。前者质量和体积较大，结构也较为复杂；后者反射器加工较为困难。由于现有卫星平台的限制，对天线的包络尺寸、结构特性有严格的要求，因此收发分开多波束天线难以满足要求；而目前采用二色性材料和阶梯圆环反射器的收发共用多波束天线，其反射器加工工艺复杂，并且热变形情况下天线电性能急剧恶化，因此也很难满足要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种双频段波束等化侧馈偏置卡塞格伦天线，通过使用馈源低频发射方向图的主瓣、高频接收方向图的第一旁瓣照射反射器，使天线收发方向图具有相等的波束宽度，具有结构简单、轻便、设计容易、性能优良、实用性强等优点，并且具有良好的抗同频干扰能力。本专利技术的另外一个目的在于提供一种双频段波束等化侧馈偏置卡塞格伦天线的实现方法。本专利技术的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的一种双频段波束等化侧馈偏置卡塞格伦天线，包括四副分布在卫星上的标准侧馈偏置卡塞格伦天线，每副标准侧馈偏置卡塞格伦天线包括主反射器、副反射器、馈源组件、第一展开机构和第二展开机构，其中主反射器、与副反射器之间通过第二展开机构连接，主反射器通过第一展开机构连接在卫星上，所述馈源组件包含n个样条赋形光壁喇叭馈源，每个样条赋形光壁喇叭馈源指向副反射器，每个样条赋形光壁喇叭馈源的相位中心置于标准侧馈偏置卡塞格伦天线焦平面，且指向等效反射面的中心，每个样条赋形光壁喇叭馈源由样条赋形光壁喇叭、方圆过渡、圆极化器、方方过渡和正交模耦合器顺序连接形成，且样条赋形光壁喇叭的Ka频段方向图第一旁瓣与K频段方向图主瓣-12 -15dB均位于标准侧馈偏置卡塞格伦天线的馈源照射角9 a处，其中n为正整数，n > 8。在上述双频段波束等化侧馈偏置卡塞格伦天线中，样条赋形光壁喇叭根据标准侧馈偏置卡塞格伦天线的馈源照射角0 a和样条赋形光壁喇叭馈源的最大口径Df设计得到， 所述样条赋形光壁喇叭馈源的最大口径Df根据卫星通信覆盖区域及四色复用规划计算得出。在上述双频段波束等化侧馈偏置卡塞格伦天线中，样条赋形光壁喇叭的Ka频段I. 6GHz工作频带内方向图第一旁瓣与K频段I. 6GHz工作频带内方向图主瓣_12 -15dB均位于标准侧馈偏置卡塞格伦天线的馈源照射角0 a处。在上述双频段波束等化侧馈偏置卡塞格伦天线中，四副标准侧馈偏置卡塞格伦天线中的馈源组件包含的样条赋形光壁喇叭馈源的数目可以相同或不相同。一种双频段波束等化侧馈偏置卡塞格伦天线的实现方法，包括如下步骤第一步根据卫星平台所要求的天线尺寸，设计四副标准侧馈偏置卡塞格伦天线，得到馈源照射角0a;第二步根据卫星通信覆盖区域及四色复用规划，计算出馈源最大口径Df ；第三步根据第一步得到的标准侧馈偏置卡塞格伦天线的馈源照射角e a与第二步得到的馈源口径Df，设计样条赋形光壁喇叭，使样条赋形光壁喇叭的Ka频段方向图第一旁瓣与K频段方向图主瓣-12 -15dB均位于03处；第四步将第三步得到的样条赋形光壁喇叭与方圆过渡、圆极化器、方方过渡和正交模耦合器顺序连接，得到样条赋形光壁喇叭馈源，n个样条赋形光壁喇叭馈源形成一个馈源组件，共形成四个馈源组件，其中n为正整数，n ^ 8第五步将第四步得到的馈源组件安装在第一步得到的标准侧馈偏置卡塞格伦天线中，每副标准侧馈偏置卡塞格伦天线安装一个馈源组件，并使每个样条赋形光壁喇叭馈源的相位中心置于标准侧馈偏置卡塞格伦天线焦平面，且指向等效反射面的中心。在上述双频段波束等化侧馈偏置卡塞格伦天线的实现方法中，第三步中样条赋形光壁喇叭的Ka频段I. 6GHz工作频带内方向图第一旁瓣与K频段I. 6GHz工作频带内方向图主瓣-12 -15dB均位于标准侧馈偏置卡塞格伦天线的馈源照射角e a处。在上述双频段波束等化侧馈偏置卡塞格伦天线的实现方法中，第四步中四个馈源组件中包含的样条赋形光壁喇叭馈源的数目可以相同或不相同。本专利技术与现有技术相比有益效果为(I)本专利技术创造性地使用馈源低频发射方向图的主瓣、高频接收方向图的第一旁瓣照射反射器，使天线收发方向图具有相等的波束宽度，实现了收发共用，与收发分开天线系统相比具有结构简单、轻便的优点，与目前收发共用天线系统相比具有原理简单、加工方便、容易实现的优点，在技术上具有很大的进步性；(2)本专利技术使用标准侧馈偏置卡塞格伦天线，回避了现有收发共用天线二色性材料和阶梯圆环反射器设计难度大和加工工艺复杂等问题，且反射面加工简单，热变形情况下对电性能影响小；(3)本专利技术使用的馈源由样条赋形双频段光壁喇叭、方圆过渡、圆极化器、方方过渡和正交模耦合器顺序连接形成，其中样条赋形双频段光壁喇叭与现有喇叭馈源相比，工作带宽很宽，收发各I. 6GHz，具有对称性好、交叉极化电平低等优点，此外还具有加工一致性良好的优点；(4)本专利技术天线通过在焦平面内调整馈源喇叭，使其指向等效反射面中心，实现覆盖区边缘波束与中心波束的等化性，且操作方便易行；(5)本专利技术天线具有高增益低旁瓣特性，具有良好的抗同频干扰能力，仿真表明其的C/I (载波-同频干扰比)优于14dB ； (6)本专利技术解决了收发波束等化、低旁瓣高增益和偏焦后天线电性能保持问题，可以应用于Ka频段收发共用天线、多口径多波束天线、单口径多波束天线、宽角扫描天线等领域，具有广阔的应用领域；且该天线基于自身方案特点，具有原理简单、设计容易、性能优良、应用方便和实用性强等优点，在高性能宽带通信卫星、宽带多媒体卫星和宽角扫描侦察卫星中，有着很强的实用性和市场竞争力。附图说明图I为本专利技术四口径多波束天线结构示意图；图2为本专利技术侧馈偏置卡塞格伦天线结构示意图；图3为本专利技术样条赋形双频段光壁喇叭样条控制点示意图；图4为本专利技术样条赋形双频段光壁喇叭结构示意图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双频段波束等化侧馈偏置卡塞格伦天线，其特征在于：包括四副分布在卫星上的标准侧馈偏置卡塞格伦天线(1)，每副标准侧馈偏置卡塞格伦天线(1)包括主反射器(2)、副反射器(3)、馈源组件(4)、第一展开机构(11)和第二展开机构(12)，其中主反射器(2)、与副反射器(3)之间通过第二展开机构(12)连接，主反射器(2)通过第一展开机构(11)连接在卫星上，所述馈源组件(4)包含n个样条赋形光壁喇叭馈源(5)，每个样条赋形光壁喇叭馈源(5)指向副反射器(3)，每个样条赋形光壁喇叭馈源(5)的相位中心置于标准侧馈偏置卡塞格伦天线(1)焦平面，且指向等效反射面的中心，每个样条赋形光壁喇叭馈源(5)由样条赋形光壁喇叭(6)、方圆过渡(7)、圆极化器(8)、方方过渡(9)和正交模耦合器(10)顺序连接形成，且样条赋形光壁喇叭(6)的Ka频段方向图第一旁瓣与K频段方向图主瓣？12～？15dB均位于标准侧馈偏置卡塞格伦天线(1)的馈源照射角θa处，其中n为正整数，n≥8。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张卫兵，丁伟，谢苏隆，王旭东，陶啸，陈博，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：