多波束偏置馈源反射面天线的制作方法

本发明涉及天线，尤其涉及一种多波束偏置馈源反射面天线。

背景技术：

为了应对现代通信容量的快速增长及满足多目标区域的通信需求，业界研发出具有多天线波束的通信系统。多波束天线能同时或按时序分时产生多个波束，每个波束完成独立的通信任务，在移动通信中，多波束通信技术能够应用在时常变化的无线环境中，有效对抗多径衰落现象，可调整零陷方向来减少干扰，也可把主瓣指向需要的用户减少能量消耗同时增加通信容量，也可通过波束切换来提供更大的波束覆盖，利用信号的空间分集特性改善信噪比、维持高数据传输率、提高信道容量。多波束天线不仅能使波束空间隔离，而且能以高增益覆盖较大的区域，是卫星通信的研究热点，随着5g时代的到来以及未来移动通信低轨卫星的出现，将成为新一代移动通信的主流天线。

多波束天线按照结构可以分为重构天线、透射式、反射式三种基本类型。重构天线包含结构可重构和电可重构天线，相控阵天线和mimo天线均属于电可重构天线，即通过调整tr组件的幅度和相位，再馈电给阵列天线，实现天线波束指向的改变。透射式多波束天线采用龙勃透镜技术，即以球形多面折射透镜，电磁波从透镜一端馈入，在另一端形成高增益辐射，改变电磁波馈入指向(移动单个探头改变指向或采用多个不同指向的探头)，天线的辐射方向也随之改变，从而形成多波束辐射。反射式多波束天线采用多个独立波束的馈源共同照射一个抛物反射面、或者采用一个馈源运动偏焦方式，实现高增益的多波束辐射。反射面天线易于加工、成本低，是实现多波束、大带宽天线的理想选择。

但是相控阵或mimo技术采用局部口径方式实现多波束，口径的缩小导致增益下降，且这种技术对有源电路(tr组件)的技术要求较高，带来复杂度和成本提升以及可靠性的下降。透镜多波束和反射多波束天线对天线的加工、安装公差敏感，对使用中的运动误差若无有效的校准手段也会导致波束偏离目标。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种多波束偏置馈源反射面天线。

本发明是这样实现的：

本发明实施例提供一种多波束偏置馈源反射面天线，包括安装底座，于所述安装底座上安设有反射面板以及馈源基座，于所述馈源基座上安设有簇馈源，所述簇馈源包括多个馈源，各所述馈源的相位中心均位于所述反射面板的焦平面上，且其中一所述馈源的相位中心与所述反射面板的焦点重合，另外各所述馈源的相位中心偏离所述反射面板的焦点。

进一步地，所述反射面板通过安装支架安设于所述安装底座上，且所述安装支架与所述安装底座之间可转动连接。

进一步地，相位中心偏离所述反射面板焦点的各所述馈源的相位中心绕所述反射面板的焦点环形均匀分布。

进一步地，所述馈源基座朝向所述反射面板的一侧具有与各所述馈源一一对应的安装孔，且其中一个所述安装孔位于另外各所述安装孔围成的中心位置。

进一步地，所述馈源包括圆极化器、喇叭天线以及圆波导，所述喇叭天线朝向所述反射面板设置，所述圆极化器安装至所述馈源基座上，所述圆波导连接所述圆极化器与所述喇叭天线，且于所述圆波导表面安装有多个耦合器，各所述耦合器沿所述圆波导的周向依次设置。

进一步地，所述圆极化器具有安装端与波导腔体，所述波导腔体通过安装端与圆波导连接，所述波导腔体具有与所述圆波导对接的圆波导部分以及与所述圆波导部分连通的方波导部分，所述方波导部分远离所述圆波导部分的一端采用波导短路板封堵，所述方波导部分内设置有隔板极化器，所述圆极化器对应所述方波导部分的位置设置有主极化输出与交叉极化输出，所述主极化输出与所述交叉极化输出相对设置。

进一步地，所述主极化输出的探针与所述交叉极化输出的探针均采用宽带圆盘耦合结构。

进一步地，所述安装端上安装有与耦合器一一对应的多个差模输出接头，所述差模输出接头与对应的所述耦合器连接。

进一步地，于所述圆波导、所述波导腔体以及所述喇叭天线内均填充有发泡聚四氟乙烯。

进一步地，所述反射面板为矩形抛物面，且矩形抛物面的四个边均为弧形切边。

本发明具有以下有益效果：

本发明的天线中，所采用的多个馈源按蜂窝式排列，只有中心的馈源相位中心与抛物面焦点重合，其他各个馈源相位中心在焦平面上环焦点均匀分布，均处于横向偏焦状态，偏焦的天线方向图会向馈源位置相反的方向辐射，因此相对于中心馈源来说，偏焦的馈源产生的一定偏角的辐射方向图，达到辐射扫描的功能，可以实现多波束辐射功能，而且这种结构加工安装均比较方便，技术要求低容易实现。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的多波束偏置馈源反射面天线的结构示意图；

图2为图1的多波束偏置馈源反射面天线的反射面板折叠后的结构示意图；

图3为图1的多波束偏置馈源反射面天线的馈源簇的结构示意图；

图4为图1的多波束偏置馈源反射面天线的反射面板的结构示意图；

图5为图1的多波束偏置馈源反射面天线的安装基座的结构示意图；

图6为图1的多波束偏置馈源反射面天线的多波束馈源覆盖示意图；

图7为图1的多波束偏置馈源反射面天线的中间馈源对应的天线方向图；

图8为图1的多波束偏置馈源反射面天线的向右横向偏焦的馈源对应的天线方向图；

图9为图1的多波束偏置馈源反射面天线的向左横向偏焦的馈源对应的天线方向图；

图10为图1的多波束偏置馈源反射面天线的馈源的结构示意图；

图11为图1的多波束偏置馈源反射面天线的馈源基座的安装孔的结构示意图；

图12为图1的多波束偏置馈源反射面天线的馈源基座的出线孔的结构示意图；

图13为图1的多波束偏置馈源反射面天线的圆极化器的结构示意图；

图14为图1的多波束偏置馈源反射面天线的圆极化器侧视图；

图15为图1的多波束偏置馈源反射面天线的圆极化器的主视图；

图16为图15中a向剖视图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1-9，本发明实施例提供一种多波束偏置馈源反射面天线，包括安装底座1，在安装底座1上安设有反射面板2以及馈源基座3，在馈源基座3上安设有簇馈源4，即簇馈源4通过馈源基座3安设于安装底座1上，簇馈源4朝向反射面板2设置，具体地，安装底座1具有两个相对端部，反射面板2安设于其中一端部，而簇馈源4则安设于另一端部，细化簇馈源4的结构，其包括多个馈源5，各馈源5的相位中心均位于反射面板2的焦平面上，且其中一馈源5的相位中心与反射面板2的焦点重合，另外各馈源5的相位中心偏离反射面板2的焦点。本实施例中，馈源5设置7个，7个馈源5呈蜂窝式结构布置，其中一个馈源5位于中间位置，另外各馈源5分布于中间馈源5的外侧，且位于中间位置的馈源5的相位中心与反射面板2的焦点重合，位于外侧的各馈源5的相位中心偏离反射面板2的焦点，即位于外侧的各馈源5的相位中心环反射面板2焦点设置，在优选方案中相位中心偏离反射面板2焦点的各馈源5的相位中心绕反射面板2的焦点环形均匀分布，由此表明位于外侧的馈源5的相位中心环焦点均匀分布，均处于横向偏焦状态，偏焦的天线方向图会向馈源5位置相反的方向辐射，因此相对于中心馈源5来说，偏焦的馈源5产生的一定偏角的辐射方向图，达到辐射扫描的功能，可以实现多波束辐射功能。虽然偏焦会导致天线的方向图恶化，随着偏焦距离增加，波束指向发生明显变化、增益逐渐降低、旁瓣电平上升，但面波瓣宽度基本保持不变，为保证天线偏焦后性能，偏焦距离不宜过大，可以减小簇馈源4之间的间距同时降低馈源5的横截面尺寸，使得馈源5排列尽量紧凑，避免一侧的副瓣电平提高，波束形状不对称。该天线采用7个独立馈源5照射共有反射面实现多波束覆盖，天线带宽覆盖18～20ghz，单个波束宽度1.5度，增益42db，具体是7个馈源5实现7个辐射波束，中心的辐射增益最高，达到44.5db，周边馈源5辐射增益约42.5db。利用多个馈源5在焦平面内的横向偏焦产生的相移特性来实现堆积多波束，通过合理的控制偏焦位移获得多波束间的叠加覆盖状态。中心波束与边缘偏焦波束交叠在-10db，7个波束在俯仰方向10db覆盖角度约0.8度，7个波束合计可覆盖2.5度。馈源5有较好的方向图对称性和圆度，可使得偏焦后的波束具有较好的一致性，偏焦波束的增益损失较小，可以满足预期需求。7个馈源5几何布局如图10所示，1～7号馈源5均工作频率17.7～20.2ghz，其中2～7号馈源5采用小型化设计，因此7个馈源5可以以更小的间距紧密地布置在一起，减小馈源5偏焦给天线辐射带来的影响。对于反射面板2采用矩形抛物面，且矩形抛物面的四个边均为弧形切边21，可以从完整的旋转抛物面上截取矩形面儿形成的，能够降低后向辐射，一般矩形抛物面大小约1500x850mm，焦径比0.6。

参见图4以及图5，在优选方案中，反射面板2通过安装支架22安设于安装底座1上，且安装支架22与安装底座1之间可转动连接。本实施例中，通过安装支架22与安装底座1之间的可转动连接，且转动轴线平行于安装底座1，由此可以将反射面板2折叠至安装底座1上，便天线在运输或存储过程中可折叠收起，能够在车载或船载环境下的应用。通常，安装底座1在对应反射面板2的一端具有向上弯折的加强筋11，安装支架22通过铰链与加强筋11可转动连接。另外，每个馈源5均采用te21模式的单通道单脉冲跟踪体制，安装底座1置于二轴或三轴伺服机构之上，可以实现实时追星或动中通等功能。

参见图1、10-13，细化簇馈源4一侧的结构，馈源基座3朝向反射面板2的一侧具有安装孔31，而安装孔31与馈源5的个数一一对应，且安装孔31在馈源基座3上的布置方式与馈源5的方式相同，其中一个安装孔31位于中心位置，另外各安装孔31绕该安装孔31环形均匀分布，且位于外侧的各安装孔31尺寸相同，小于中间安装孔31的尺寸，各馈源5部分伸入对应的安装孔31，进而实现馈源5的安装固定。在馈源基座3上还设置有与各馈源5一一对应的出线孔32，且安装孔31设置于馈源基座3朝向反射面板2的一侧，出线孔32则设置于馈源基座3背离反射面板2的一侧。

参见图1以及10，继续细化馈源5结构，其包括圆极化器51、喇叭天线52以及圆波导53，喇叭天线52朝向反射面板2设置，而圆极化器51安装至馈源基座3上，圆波导53连接圆极化器51与喇叭天线52，在圆波导53表面安装有多个耦合器54，各耦合器54沿圆波导53的周向依次设置。耦合器54采用te21模式耦合器54，每一圆波导53上设置有8个耦合器54，te21模式耦合器54功能是将天线轴线偏离信源而产生的te21高次模全耦合接收，通过8个模式耦合器54接收te21模式信号，送入后端电路计算信源偏离角，在圆波导53内激发te21模式电磁波，te21模式电磁波的幅度与偏离俯仰角相关，其相位与入射信号方位角相关，因此得知te21模的幅度和相位即可反推入射电磁波的方位角和俯仰角，进而驱动伺服电路实现天线跟踪和对准。

参见图13-图16，进一步地，圆极化器51具有安装端511与波导腔体512，波导腔体512通过安装端511与圆波导53连接，波导腔体512具有与圆波导53对接的圆波导部分514以及与圆波导部分514连通的方波导部分515，具体地，波导腔体512为通孔结构，其中一端为安装端511，而另一端则采用波导短路板513封堵，波导短路板513用于封闭波导腔实现约四分之一的短路面，通过安装端511实现圆极化器51与圆波导53之间的连接，安装端511为类似于法兰结构，圆波导部分514与圆波导53连通，由此圆波导部分514位于波导腔体512靠近安装端511的一侧，而方波导部分515位于波导短路板513一侧，其中圆波导部分514沿靠近方波导部分515呈渐缩状以使与方波导部分515对接；在方波导部分515内设置有隔板极化器516，且在圆极化器51对应方波导部分515的位置设置有主极化输出517与交叉极化输出518，且两个输出相对设置。本实施例中，圆极化器51可以实现矩形波导te10模到圆波导te11模的转换，隔板极化器516为阶梯结构，在隔板极化器516的阶梯波导变换段实现等幅但相位正交的te10和te01模，实现天线馈源5的圆极化波。主极化和交叉极化馈电分别从圆极化器51上下两个面馈入，分别在方波导中激发出左旋和右旋圆极化波，两个极化波互为交叉极化，极化隔离达40db，因而两个极化波可互不干扰，独立传输，实现左、右旋双圆极化双工工作。主极化输出517的探针519与交叉极化输出518的探针519均采用宽带圆盘耦合结构，具体是两个探针519均伸入方波导部分515内且位于隔板极化器516的相对两侧，可覆盖15～23ghz。

参见图10、图14以及图15，进一步地，在安装端511上安装有与耦合器54一一对应的多个差模输出接头55，差模输出接头55与对应的耦合器54连接。具体地，在安装端511上设置螺钉孔520，通过螺钉孔520实现安装端511与圆极化器51的连接固定，另外在安装端511上还设置有接头安装孔521以及接头固定孔522，其中接头安装孔521与差模输出接头55一一对应且均由安装端511的边沿开设形成，而每一接头安装孔521对应两个接头固定孔522且位于两个接头固定孔522之间，差模输出接头55穿过对应的接头安装孔521，差模输出接头55的安装板通过两个接头固定孔522连接固定，通常在安装端511上还设置有定位销钉523，方便安装端511与圆极化器523之间的定位安装。在圆波导53、波导腔体512以及喇叭天线52内均填充有发泡聚四氟乙烯。发泡聚四氟乙烯的介电常数为1.65，具有微孔结构，调整微孔的大小和比例即可实现对介电常数的调节，该材料具有较低的损耗和较高的热稳定性，在圆波导53、波导腔体512以及喇叭天线52中填充发泡聚四氟乙烯，可将te21耦合器54尺寸降低至原尺寸的77％。由于尺寸变小，单个馈源5的口径降低，导致介质填充的馈源5增益降低1.5db。因此导致小型化的馈源5增益也较原尺寸的馈源5低1.5db，另由于偏焦等原因，偏焦小型化馈源5总的增益降低2db。周边的6单元馈源5与中心馈源5间距60mm，焦距1100mm，偏焦角约为3.1度，小于5度的天线辐射恶化阈值，因此对偏焦影响不大。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。