一種動中通環焦反射面天線

金秀梅

摘 要

針對衛星通訊的需求，設計了一種應用在動中通領域的環焦反射面天線。其包括主反射、副反射面、饋源和支架。設計的環焦反射面天線的主反射面為拋物面，副反射面為橢球面，通過支架固定在饋源上，饋源的尾部是帶有法蘭盤的波導管，并通過法蘭盤與主反射面連接，饋源為波紋喇叭。通過仿真設計分析和實際測試，結果表明實測結果與設計吻合度良好。

關鍵詞

動中通;反射面;波紋喇叭

中圖分類號： V423.45 ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.19.067

0 引言

雙反射面天線主要有卡塞格倫天線、格里高利天線和環焦反射面天線。

卡塞格倫天線和格里高利天線都存在饋源的球面遮擋（初級遮擋）與副反射面的平面遮擋（次級遮擋）的矛盾問題。對于用于衛星通信領域這種中小口徑天線而言，如設計稍有不慎就會出現初級遮擋大于次級遮擋的問題，照成方向圖近軸旁瓣上升和副面反射增大，帶來的問題是線極化工作時，輸入駐波變大，圓極化工作時，同頻端隔離度下降。

環焦反射面天線由于結構特點，其焦環是一個與副面直徑大小相等且與副面邊緣很近的一個圓環，只要饋源口徑小于副面直徑，則饋源遮擋永遠小于副面遮擋，解決了中小型天線設計難題[1，2]。

基于衛星通信的應用需求，本文設計了應用在動中通領域的環焦反射面天線，應用于Ku頻段。詳細描述了反射面天線組成和設計過程。首先選擇合適的饋源，找準饋源相位中心;其次確定反射面的焦徑比，反射面口徑等參數，設計反射面;再次將饋源按照相位中心和反射面焦點重合，進行整體模型的三維電磁仿真;最后是實驗驗證。

1 天線設計

1.1 反射面天線參數設計

環焦反射面天線是雙反射面天線，它的焦點軌跡是一個圓環。主要分為兩大類，一類副反射面為橢球面，另一類副反射面為雙曲面。

如圖1所示，母拋物面的頂點為O，焦距為F，即母拋物面是以O為焦點，F為焦距，z軸為對稱軸旋轉對稱拋物面。

BP是主反射面的母線，TM為副反射面的母線，是橢圓曲線的一部分，O為饋源的相位中心，是橢圓的一個焦點，位于中心對稱軸AA上;O是橢圓的兩外一個焦點，也是主反射面的焦點。

其工作原理為：由饋源相位中心O射向副面頂點T的中心射線被副面反射后，射向主反射面的P點，由O點射向M點的射線被反射后射向B點，故只要饋源的橫向口徑尺寸小于副反射面，饋源將不會造成球面波遮擋。

本文副反射面采用橢球面，從以下幾個方面進行設計：

（1）副反射面采用小型化設計，取Ds/D=0.1，從而減小遮擋損耗，改善近軸旁瓣特性。

（2）饋源采用豎波紋喇叭，軸對稱好，

（3）副反射面通過支架固定在饋源上，整體與主反射面固定，支架采用折疊設計，減小遮擋，有效改善近軸旁瓣。

1.2 饋源喇叭設計

饋源是反射面天線分析中的關鍵部分，饋源的輻射特性直接影響反射面天線的性能。

根據公式（1）對饋源照射角進行計算，計算可得θvm=72.7°，其中Ds/D=0.1，D=900mm，F/D=0.3。

本文饋源喇叭選取照射電平-8dB，照射角為36°左右，與同頻段徑向槽波紋喇叭相比，軸向槽波紋喇叭具有結構緊湊、口面直徑較小，容易加工。

圖3至圖5所示為饋源三維結構。饋源為豎波紋喇叭，波紋平行于中心軸，且波紋槽長度為四分之一波長，此種饋源交叉極化好，波束等化好，帶寬寬。

1.3 反射面設計

反射面天線包括主反射、副反射面、饋源和支架。設計的環焦反射面天線的主反射面為拋物面，副反射面為橢球面，通過支架固定在饋源上，饋源的尾部是帶有法蘭盤的波導管，并通過法蘭盤與主反射面連接，饋源為波紋喇叭。

2 實物加工與測試

為檢驗天線的最終電性能指標，對設計的反射面天線進行機械加工，通過高精度裝配技術進行組裝，并在暗室進行了近場測試，其實際測試數據與仿真數據對比圖如圖4～5所示。實測結果和設計結果吻合度良好。

3 結論

根據Ku頻段衛星通信的應用需求，通過合理選擇饋源以及反射面天線的設計參數，精密加工和高精度裝配技術等手段，完成了反射面天線的設計生產，并通過暗室測試。實驗結果表明，設計的天線的實測和仿真結果吻合良好，對于同類型的天線設計，具有一定的參考價值。

參考文獻

[1]黃立偉，金志天，《反射面天線》[M]，西北電訊工程學院出版社，1986 年.

[2]林昌祿;《天線工程手冊》[M].電子工業出版社 2002.6