一种动中通环焦反射面天线

金秀梅

摘 要

针对卫星通讯的需求，设计了一种应用在动中通领域的环焦反射面天线。其包括主反射、副反射面、馈源和支架。设计的环焦反射面天线的主反射面为抛物面，副反射面为椭球面，通过支架固定在馈源上，馈源的尾部是带有法兰盘的波导管，并通过法兰盘与主反射面连接，馈源为波纹喇叭。通过仿真设计分析和实际测试，结果表明实测结果与设计吻合度良好。

关键词

动中通;反射面;波纹喇叭

中图分类号： V423.45                  文献标识码： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.19.067

0 引言

双反射面天线主要有卡塞格伦天线、格里高利天线和环焦反射面天线。

卡塞格伦天线和格里高利天线都存在馈源的球面遮挡（初级遮挡）与副反射面的平面遮挡（次级遮挡）的矛盾问题。對于用于卫星通信领域这种中小口径天线而言，如设计稍有不慎就会出现初级遮挡大于次级遮挡的问题，照成方向图近轴旁瓣上升和副面反射增大，带来的问题是线极化工作时，输入驻波变大，圆极化工作时，同频端隔离度下降。

环焦反射面天线由于结构特点，其焦环是一个与副面直径大小相等且与副面边缘很近的一个圆环，只要馈源口径小于副面直径，则馈源遮挡永远小于副面遮挡，解决了中小型天线设计难题[1，2]。

基于卫星通信的应用需求，本文设计了应用在动中通领域的环焦反射面天线，应用于Ku频段。详细描述了反射面天线组成和设计过程。首先选择合适的馈源，找准馈源相位中心;其次确定反射面的焦径比，反射面口径等参数，设计反射面;再次将馈源按照相位中心和反射面焦点重合，进行整体模型的三维电磁仿真;最后是实验验证。

1 天线设计

1.1 反射面天线参数设计

环焦反射面天线是双反射面天线，它的焦点轨迹是一个圆环。主要分为两大类，一类副反射面为椭球面，另一类副反射面为双曲面。

如图1所示，母抛物面的顶点为O，焦距为F，即母抛物面是以O为焦点，F为焦距，z轴为对称轴旋转对称抛物面。

BP是主反射面的母线，TM为副反射面的母线，是椭圆曲线的一部分，O为馈源的相位中心，是椭圆的一个焦点，位于中心对称轴AA上;O是椭圆的两外一个焦点，也是主反射面的焦点。

其工作原理为：由馈源相位中心O射向副面顶点T的中心射线被副面反射后，射向主反射面的P点，由O点射向M点的射线被反射后射向B点，故只要馈源的横向口径尺寸小于副反射面，馈源将不会造成球面波遮挡。

本文副反射面采用椭球面，从以下几个方面进行设计：

（1）副反射面采用小型化设计，取Ds/D=0.1，从而减小遮挡损耗，改善近轴旁瓣特性。

（2）馈源采用竖波纹喇叭，轴对称好，

（3）副反射面通过支架固定在馈源上，整体与主反射面固定，支架采用折叠设计，减小遮挡，有效改善近轴旁瓣。

1.2 馈源喇叭设计

馈源是反射面天线分析中的关键部分，馈源的辐射特性直接影响反射面天线的性能。

根据公式（1）对馈源照射角进行计算，计算可得θvm=72.7°，其中Ds/D=0.1，D=900mm，F/D=0.3。

本文馈源喇叭选取照射电平-8dB，照射角为36°左右，与同频段径向槽波纹喇叭相比，轴向槽波纹喇叭具有结构紧凑、口面直径较小，容易加工。

图3至图5所示为馈源三维结构。馈源为竖波纹喇叭，波纹平行于中心轴，且波纹槽长度为四分之一波长，此种馈源交叉极化好，波束等化好，带宽宽。

1.3 反射面设计

反射面天线包括主反射、副反射面、馈源和支架。设计的环焦反射面天线的主反射面为抛物面，副反射面为椭球面，通过支架固定在馈源上，馈源的尾部是带有法兰盘的波导管，并通过法兰盘与主反射面连接，馈源为波纹喇叭。

2 实物加工与测试

为检验天线的最终电性能指标，对设计的反射面天线进行机械加工，通过高精度装配技术进行组装，并在暗室进行了近场测试，其实际测试数据与仿真数据对比图如图4～5所示。实测结果和设计结果吻合度良好。

3 结论

根据Ku频段卫星通信的应用需求，通过合理选择馈源以及反射面天线的设计参数，精密加工和高精度装配技术等手段，完成了反射面天线的设计生产，并通过暗室测试。实验结果表明，设计的天线的实测和仿真结果吻合良好，对于同类型的天线设计，具有一定的参考价值。

参考文献

[1]黄立伟，金志天，《反射面天线》[M]，西北电讯工程学院出版社，1986 年.

[2]林昌禄;《天线工程手册》[M].电子工业出版社 2002.6