一種S/X雙頻段圓極化饋源制造技術(shù)

一種S/X雙頻段圓極化饋源，采用同軸腔結(jié)構(gòu)，包括S頻段喇叭、口徑變換段、S頻段耦合樞紐、S頻段圓極化形成網(wǎng)絡、X頻段喇叭、X頻段圓極化器、電纜組件和波導組件，同軸腔的外腔由S頻段喇叭、口徑變換段和S頻段耦合樞紐的外腔構(gòu)成，同軸腔的內(nèi)腔由X頻段喇叭和S頻段耦合樞紐的內(nèi)腔構(gòu)成。本發(fā)明專利技術(shù)采用同軸饋源設計方案，同軸腔實現(xiàn)S頻段圓極化電磁波的輻射，而同軸結(jié)構(gòu)內(nèi)芯中嵌入X頻段多模喇叭作為饋源，實現(xiàn)X頻段圓極化電磁波的輻射；根據(jù)高增益S/X雙頻段圓極化饋源的設計思路，通過對S頻段耦合樞紐進行針對高增益的特殊設計，并巧妙的結(jié)合了X饋源設計，進行饋源整體設計，使本發(fā)明專利技術(shù)成為一種覆蓋深空探測測控通信應用頻段的新型高增益S/X雙頻段圓極化饋源，具有良好的輻射特性。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種高增益(S頻段約16dBi，X頻段約18dBi) S/Χ雙頻段圓極化饋源， 特別是涉及一種對同軸雙頻饋源進行高增益設計方法，屬于天線

技術(shù)介紹
隨著深空探測技術(shù)應用的不斷發(fā)展，相關(guān)空間科學探索不斷廣泛和深入，飛行器 的飛行距離越來越遠，這就要求飛行器的測控通信能力也隨之提高，僅僅實施S頻段的測 控與通信已經(jīng)無法滿足越來越復雜的深空探測任務要求，而發(fā)展X頻段深空測控與通信技 術(shù)是應對該難題的一種辦法。由于S頻段的測控與通信具有自身的特點，在深空測控任務 中經(jīng)常回將S頻段測控通信與X頻段測控通信結(jié)合起來使用，用以提高天線指向的跟蹤能 力和通信暢通的保障能力，同時提供在不同飛行階段選擇不同的通信方式，具有工作方式 靈活性。這樣，就需要深空飛行器具有能夠在S頻段和X頻段的天線，而在原有的單個頻段 天線基礎上增加一副天線對于深空測控任務是絕對無法忍受的，這就需要在一副天線實現(xiàn) 雙頻工作，使天線具有在S頻段和X頻段同時工作的能力，即進行s/χ雙頻段天線設計，滿 足s/χ雙頻段深空測控通信的應用要求。對于用于遠程測控通信應用中的高增益定向天 線，常使用反射面天線方案，這就需要s/χ雙頻饋源。而由于卡塞格倫雙反射面天線具有較 高的口面效率，結(jié)構(gòu)緊湊，饋源位置較低，在基于反射面天線方案的高增益定向天線設計中 常會選用卡塞格倫雙反射面結(jié)構(gòu)，這樣就要求饋源具有較低的邊沿照射電平，可以降低饋 源照射副反射器的漏射以提高天線效率，饋源對副反射器激勵的邊沿照射電平的降低將使 饋源的輻射方向圖變窄，隨之饋源增益會增大。這樣，進行滿足較低邊沿照射電平的饋源設 計將得到一個高增益饋源，天線需要進行雙頻工作常使用雙頻饋源設計方法，用雙頻饋源 對反射面天線進行激勵，得到兩個頻段的波束性能，在深空測控通信由于飛行器姿態(tài)多樣， 一般需要天線進行圓極化工作，隨之饋源也必須是圓極化饋電工作方式。綜合以上，進行S/ X雙頻段深空測控通信的應用中的遠程測控通信高增益定向天線研制需要高增益s/χ雙頻 段圓極化饋源的設計。在空間天線設計中，通過對天線饋源進行雙頻或多頻設計來實現(xiàn)原本需要多個天 線才能完成的功能，是緩解天線布設空間緊張的一個途徑，也是增添新的頻率應用、增加新 的功能應用實現(xiàn)單星高載荷集成度的迫切需要。在深空應用中，降低天線數(shù)目和天線重量 對深空探測任務意義重大，天線數(shù)目的降低和天線輕型化將可以減小飛行器的重量，這有 利于節(jié)約飛行器燃料和提高飛行能力。降低深空探測飛行器的天線數(shù)目以及天線輕型化的 實現(xiàn)方式中提高天線結(jié)構(gòu)利用律，在一副天線上進行多個頻率應用是一個重要手段，對于 更為苛刻的深空探測應用，該基于饋源雙頻設計的天線設計方法顯得更為重要和有效，而 具有更高增益的s/χ雙頻段圓極化饋源設計在該高增益定向天線應用中將能夠提高天線 效率，有利于提高數(shù)據(jù)傳輸速度和擴展飛行器飛行通信作用距離。鑒于應用背景的深空探測任務特點對S/Χ頻段高增益定向天線的特殊要求，該S/ X雙頻段圓極化饋源作為天線系統(tǒng)的關(guān)鍵組成，要使該高增益定向天線既保留了原有的S頻段性能要求，還要能夠在X頻段進行工作，作到兼容性的功能升級和技術(shù)發(fā)展，具有技術(shù) 應用先進性。深空探測中高增益定向天線的S/X雙頻段圓極化饋源不僅要能夠?qū)崿F(xiàn)相關(guān) 的對反射面的激勵性能，實現(xiàn)其饋源性能使天線性能良好，還要能夠承受平臺運動過程中 的沖擊與振動，以及各種機械擾動，滿足空間適應性要求，具有一定技術(shù)難度。在該應用背 景下，實現(xiàn)S/X雙頻段測控通信對該饋源性能、結(jié)構(gòu)剛度與強度、空間抗輻照特性等要求很 高，設計難度很大，同時需求迫切。現(xiàn)有公開的或已知的S/X雙頻段圓極化饋源很難滿足應 用需求，很難實現(xiàn)在S與X兩個頻段同時實現(xiàn)滿足應用要求的高增益性能。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高增益的S/X雙頻段 圓極化饋源。本專利技術(shù)的技術(shù)解決方案是一種S/X雙頻段圓極化饋源，采用同軸腔結(jié)構(gòu)，包括S 頻段喇叭、口徑變換段、S頻段耦合樞紐、S頻段圓極化形成網(wǎng)絡、X頻段喇叭、X頻段圓極化 器、電纜組件和波導組件，同軸腔的外腔由S頻段喇叭、口徑變換段和S頻段耦合樞紐的外 腔構(gòu)成，同軸腔的內(nèi)腔由X頻段喇叭和S頻段耦合樞紐的內(nèi)腔構(gòu)成。所述的口徑變換段為光滑過渡的圓臺型結(jié)構(gòu)，其錐角為65士5°。所述的S頻段耦合樞紐的同軸腔只能傳輸TEM模、兩個簡并的TE11模和兩個簡并 的TE21模共5個最低模式。所述的S頻段耦合樞紐的同軸腔內(nèi)外腔尺寸利用TEM模、兩個簡并的TE11模和兩 個簡并的TE21模的截止頻率計算公式確定。所述的X頻段喇叭采用變張角多模喇叭。所述的S頻段喇叭采用縱向槽波紋喇叭。本專利技術(shù)的設計原理本專利技術(shù)根據(jù)高增益饋源應用需求進行的S/X雙頻段饋源中的S頻段耦合樞紐設 計，并具有創(chuàng)新性地增加了明顯的口徑變換段，通過雙頻段性能兼容性設計，進行匹配于口 徑變換段輸出口的對應饋源喇叭口的縱向槽波紋喇叭設計，即實現(xiàn)滿足整體天線應用要求 的S頻段饋源波束，又不惡化同軸結(jié)構(gòu)內(nèi)芯所嵌X頻段饋源的性能，獲得了滿足饋源應用要 求的s/χ雙頻段圓極化饋源，實現(xiàn)了應用該饋源的基于卡塞格倫雙反射面方案的定向天線 進行雙頻應用。本專利技術(shù)根據(jù)應用特點提供一種通過對S頻段耦合樞紐進行針對實現(xiàn)雙頻同軸饋 源高增益的特殊設計，巧妙地結(jié)合X饋源設計進行饋源整體設計，并在作為輻射體的饋源 喇叭口與S頻段耦合樞紐之間增加了 口徑變換段，使該饋源成為一種覆蓋深空探測測控通 信應用頻段的新型高增益S/χ雙頻段圓極化饋源，具有良好的輻射特性。應用S/Χ雙頻段圓極化饋源的高增益定向天線工作于X/S雙頻段，并且都要求天 線具有較高的口面效率，采用卡塞格倫雙反射面天線是合適的選擇，天線的主反反射面為 拋物面，副反反射面為雙曲面，要求饋源為具有較低邊沿照射電平的s/χ頻段雙頻饋源，饋 源照射副反射器，然后電磁波經(jīng)過副反射器反射對主反射器進行激勵，實現(xiàn)S/χ頻段的電 磁輻射以及所要求的高增益天線波束。本專利技術(shù)采用同軸饋源設計方案，同軸腔實現(xiàn)S頻段 相應的圓極化電磁波的輻射，而同軸結(jié)構(gòu)內(nèi)芯中嵌入X頻段多模喇叭作為饋源，實現(xiàn)X頻段相應的圓極化電磁波的輻射，實現(xiàn)了 S/X雙頻段圓極化饋源的高增益性能。本專利技術(shù)為高增益定向天線的關(guān)鍵部件，由于X頻段的工作帶寬相對較窄，使用多 模喇叭作為饋源即可，饋源圓波導輸入口接圓極化器，使該喇叭實現(xiàn)相應的圓極化電磁波 對副反射面的照射。S頻段饋源的獲得是通過四臂耦合對同軸腔對稱饋電來實現(xiàn)的，如圖 3、圖4、圖5所示，四臂分別進行等幅度相位差90°的饋電方式，通過連接四臂端口(1、11、 III、IV端口)與S頻段圓極化形成網(wǎng)絡連接即可以實現(xiàn)。通過本饋電方式，在同軸腔內(nèi) 實現(xiàn)了圓極化波，并對S頻段同軸喇叭進行激勵，就可以S頻段圓極化電磁波的輻射，通過 調(diào)整同軸喇叭結(jié)構(gòu)獲得滿足要求的饋源輻射方向圖，而S頻段耦合樞紐為本專利技術(shù)的核心部 件，為同軸腔的主要部分。本專利技術(shù)輻射相應的圓極化電磁波照射副反射面，經(jīng)副反射面反射 對主反射面進行照射，最后輻射出去，來自饋源的相應的圓極化電磁波經(jīng)過兩次反射，使得 整體天線獲得對應的圓極化的極化特性。此前該類高增益定向天線設計多采用基于FSS技術(shù)應用雙色副反射器的雙反本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
１．一種Ｓ／Ｘ雙頻段圓極化饋源，其特征在于：采用同軸腔結(jié)構(gòu)，包括Ｓ頻段喇叭（１）、口徑變換段（２）、Ｓ頻段耦合樞紐（３）、Ｓ頻段圓極化形成網(wǎng)絡、Ｘ頻段喇叭（４）、Ｘ頻段圓極化器（５）、電纜組件和波導組件，同軸腔的外腔由Ｓ頻段喇叭（１）、口徑變換段（２）和Ｓ頻段耦合樞紐（３）的外腔構(gòu)成，同軸腔的內(nèi)腔由Ｘ頻段喇叭（４）和Ｓ頻段耦合樞紐（３）的內(nèi)腔構(gòu)成。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張明濤，何佳歡，
申請(專利權(quán))人：西安空間無線電技術(shù)研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：87