一种多频段同轴四脊喇叭组合馈源及制造方法与流程
本发明涉及卫星通信、遥感遥测、射电天文领域，特别是一种多频段同轴四脊喇叭组合馈源及制造方法。
背景技术：
1、反射面天线结构简单、性能优越，在卫星通信、遥感遥测和射电天文等领域都有广泛应用。近年来，反射面天线逐渐向多频段、宽频带的方向发展。作为反射面天线的核心器件，多频段、宽频带馈源的性能直接影响整个反射面天线的性能。
2、作为典型多频段馈源型式之一，同轴组合馈源通过同轴波导嵌套圆波导的方式实现多频共用，其中，低频段信号在外围同轴波导通道传播，高频段信号在中心圆波导通道传播。同轴组合馈源具有两个突出优点：一是高低频段信号在两个相对独立的通道馈电、传输和辐射，双频微波网络可简化为两个单频段微波网络，设计难度大大降低；二是高低两频段内的高次模更容易控制，辐射方向图波束宽度可基本保持稳定，从而实现较高的天线口径效率。
3、多频段馈源应用中，高频段信号最低工作频率与低频段信号最高工作频率之比称为高低频比，在高低频比较大时，同轴组合馈源可很好兼顾高、低频段的性能，馈源整体性能优良；但高低频比较小时，高频通道对低频通道影响较大，导致低频通道存在阻抗特性较差、带宽有限的问题。研究者通过在低频通道施加多组阻抗匹配环的方式改善了低频通道的阻抗匹配特性，同时在高频圆波导通道内加载介质缩小口径从而减小对低频通道影响，将低频带宽扩展至2倍频，但超过2倍频后，低频通道的传输特性会迅速恶化，现有技术手段难以实现低频带宽在2倍频以上的多频段同轴组合馈源。
技术实现思路
1、本发明目的在于避免上述技术背景中出现的问题，提供一种多频段同轴四脊喇叭组合馈源及制造方法。本发明具有匹配良好，照射反射面天线效率高等特点。
2、本发明采用的技术方案为：
3、一种多频段同轴四脊喇叭组合馈源，包括同轴喇叭，同轴喇叭包括嵌套在一起的同轴喇叭外导体和同轴喇叭内导体，同轴喇叭内导体的中心轴与同轴喇叭外导体的中心轴一致；所述同轴喇叭内导体为光壁喇叭，光壁喇叭相对于同轴喇叭外导体的喇叭口面向里缩进，光壁喇叭的尾部法兰盘与同轴喇叭外导体的尾部短路板相连接，同轴喇叭外导体的内壁上设有4个脊片，相邻脊片之间的夹角为90度，同轴喇叭外导体内壁的曲线与脊片根部相贴合，每个脊片处均设有一个与光壁喇叭的中心轴相垂直的探针，探针穿过同轴喇叭外导体和脊片，并插入到光壁喇叭的外壁内，探针外接sma插座进行馈电。
4、一种多频段同轴四脊喇叭组合馈源，包括同轴喇叭，同轴喇叭包括嵌套在一起的同轴喇叭外导体和同轴喇叭内导体，同轴喇叭内导体的中心轴与同轴喇叭外导体的中心轴一致；所述同轴喇叭内导体为光壁喇叭，光壁喇叭相对于同轴喇叭外导体的喇叭口面向里缩进，光壁喇叭的尾部法兰盘与同轴喇叭外导体的尾部短路板相连接，光壁喇叭的外壁上设有4个脊片，相邻脊片之间的夹角为90度，每个脊片处均设有一个与光壁喇叭的中心轴相垂直的探针，探针穿过同轴喇叭外导体，并插入到脊片内，探针外接sma插座进行馈电。
5、一种多频段同轴四脊喇叭组合馈源，包括同轴喇叭，同轴喇叭包括嵌套在一起的同轴喇叭外导体和同轴喇叭内导体，同轴喇叭内导体的中心轴与同轴喇叭外导体的中心轴一致；所述同轴喇叭内导体为光壁喇叭，光壁喇叭相对于同轴喇叭外导体的喇叭口面向里缩进，光壁喇叭的尾部法兰盘与同轴喇叭外导体的尾部短路板相连接，同轴喇叭外导体的内壁上设有4个外导体脊片，相邻外导体脊片之间的夹角为90度，同轴喇叭外导体内壁的曲线与外导体脊片根部相贴合，光壁喇叭的外壁上设有4个内导体脊片，外导体脊片与内导体脊片一一对应，内导体脊片与对应的外导体脊片相对设置，每个外导体脊片处均设有一个与光壁喇叭的中心轴相垂直的探针，探针穿过同轴喇叭外导体和外导体脊片，并插入到内导体脊片内，探针外接sma插座进行馈电。
6、进一步地，还包括扼流槽，所述扼流槽位于馈源头部，与同轴喇叭外导体的外壁相连接。
7、进一步地，所述外导体脊片和内导体脊片的脊曲线为指数函数曲线或样条函数曲线，同轴喇叭外导体内壁的曲线为指数函数曲线或样条函数曲线。
8、进一步地，所述光壁喇叭包括传输段和辐射段，其中，传输段为沿轴向半径不变的圆波导，半径为0.279倍的截止波长，辐射段的内壁曲线为样条函数曲线。
9、本发明还提供上述多频段同轴四脊喇叭组合馈源的制造方法，包括以下步骤：
10、步骤1，对光壁喇叭进行优化设计；
11、步骤2，构造带有脊片的同轴喇叭外导体，将同轴喇叭外导体与光壁喇叭组成同轴喇叭，对同轴喇叭外导体进行优化设计；
12、步骤3，优化光壁喇叭和同轴喇叭外导体的相对位置关系；
13、步骤4，将光壁喇叭的尾部法兰盘与同轴喇叭外导体的尾部短路板相连接，并插入探针。
14、进一步地，步骤1的具体方式为：
15、采用效率因子法对光壁喇叭性能进行评估，优化目标为天线口径效率，约束条件为反射系数，优化变量为光壁喇叭结构参数，包括光壁喇叭内壁曲线的离散点坐标。
16、进一步地，步骤2中，对同轴喇叭外导体进行优化设计的具体方式为：
17、采用效率因子法对同轴喇叭的性能进行评估，优化目标为天线口径效率，约束条件为反射系数，优化变量为同轴喇叭外导体的结构参数，包括同轴外导体曲线离散点坐标、扼流槽的数量、各槽的槽宽和槽深、脊曲线离散点坐标。
18、进一步地，步骤3中，优化目标为高低频段之间的相互影响，约束条件为相位中心一致性，优化变量为光壁喇叭和同轴喇叭外导体的相对位置关系。
19、本发明与背景技术相比具有如下优点：
20、1.本发明可扩展低频段带宽，提升高频段性能。本发明利用同轴四脊喇叭嵌套光壁喇叭结构，实现了低频带宽2.5倍频的多频段同轴组合馈源。本发明低频段宽频带特性主要通过在同轴喇叭内、外导体加载脊片结构实现，脊片加载可降低同轴波导第一高次模te11模的截止频率，从而扩展低频段工作带宽；同轴喇叭加脊后，其带宽特性主要由脊间距决定，对同轴内导体尺寸的限制将大大减小，因此，同轴高频段喇叭可有更大的设计空间和自由度，高频喇叭性能可进一步提升。
21、2.本发明可减小高低频段间的相互影响。本发明通过将光壁喇叭相对同轴喇叭口面向里缩进一定距离，减小了高低频段间的相互影响，使高低频段相位中心一致，实现多频段工作时馈源对反射面天线的高效率照射。
22、3.本发明的结构紧凑，设计自由度高。馈源采用同轴嵌套结构实现多频共用，且在同轴喇叭内、外导体加载脊片进一步缩小口径，结构十分紧凑，便于小型化设计。同轴喇叭外导体内壁曲线、脊片的脊曲线和光壁喇叭内壁曲线可采用指数函数曲线或样条函数曲线，设计自由度高。
23、4.本发明的应用场景广泛。馈源可作为常规双频共用馈源应用，低频段信号在同轴波导通道传输和辐射，高频段信号在中心圆波导通道传输和辐射；由于低频段工作带宽很宽，达2.5倍频，因此可覆盖两个独立频段，再结合光壁喇叭传输和辐射高频段信号，可作为三频共用馈源应用。
技术特征：
1.一种多频段同轴四脊喇叭组合馈源，包括同轴喇叭，同轴喇叭包括嵌套在一起的同轴喇叭外导体和同轴喇叭内导体，同轴喇叭内导体的中心轴与同轴喇叭外导体的中心轴一致；其特征在于，所述同轴喇叭内导体为光壁喇叭，光壁喇叭相对于同轴喇叭外导体的喇叭口面向里缩进，光壁喇叭的尾部法兰盘与同轴喇叭外导体的尾部短路板相连接，同轴喇叭外导体的内壁上设有4个脊片，相邻脊片之间的夹角为90度，同轴喇叭外导体内壁的曲线与脊片根部相贴合，每个脊片处均设有一个与光壁喇叭的中心轴相垂直的探针，探针穿过同轴喇叭外导体和脊片，并插入到光壁喇叭的外壁内，探针外接sma插座进行馈电。
2.一种多频段同轴四脊喇叭组合馈源，包括同轴喇叭，同轴喇叭包括嵌套在一起的同轴喇叭外导体和同轴喇叭内导体，同轴喇叭内导体的中心轴与同轴喇叭外导体的中心轴一致；其特征在于，所述同轴喇叭内导体为光壁喇叭，光壁喇叭相对于同轴喇叭外导体的喇叭口面向里缩进，光壁喇叭的尾部法兰盘与同轴喇叭外导体的尾部短路板相连接，光壁喇叭的外壁上设有4个脊片，相邻脊片之间的夹角为90度，每个脊片处均设有一个与光壁喇叭的中心轴相垂直的探针，探针穿过同轴喇叭外导体，并插入到脊片内，探针外接sma插座进行馈电。
3.一种多频段同轴四脊喇叭组合馈源，包括同轴喇叭，同轴喇叭包括嵌套在一起的同轴喇叭外导体和同轴喇叭内导体，同轴喇叭内导体的中心轴与同轴喇叭外导体的中心轴一致；其特征在于，所述同轴喇叭内导体为光壁喇叭，光壁喇叭相对于同轴喇叭外导体的喇叭口面向里缩进，光壁喇叭的尾部法兰盘与同轴喇叭外导体的尾部短路板相连接，同轴喇叭外导体的内壁上设有4个外导体脊片，相邻外导体脊片之间的夹角为90度，同轴喇叭外导体内壁的曲线与外导体脊片根部相贴合，光壁喇叭的外壁上设有4个内导体脊片，外导体脊片与内导体脊片一一对应，内导体脊片与对应的外导体脊片相对设置，每个外导体脊片处均设有一个与光壁喇叭的中心轴相垂直的探针，探针穿过同轴喇叭外导体和外导体脊片，并插入到内导体脊片内，探针外接sma插座进行馈电。
4.根据权利要求3所述的一种多频段同轴四脊喇叭组合馈源，其特征在于，还包括扼流槽，所述扼流槽位于馈源头部，与同轴喇叭外导体的外壁相连接。
5.根据权利要求3所述的一种多频段同轴四脊喇叭组合馈源，其特征在于，所述外导体脊片和内导体脊片的脊曲线为指数函数曲线或样条函数曲线，同轴喇叭外导体内壁的曲线为指数函数曲线或样条函数曲线。
6.根据权利要求3所述的一种多频段同轴四脊喇叭组合馈源，其特征在于，所述光壁喇叭包括传输段和辐射段，其中，传输段为沿轴向半径不变的圆波导，半径为0.279倍的截止波长，辐射段的内壁曲线为样条函数曲线。
7.一种制造方法，其特征在于，用于制造如权利要求1所述的多频段同轴四脊喇叭组合馈源，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，步骤1的具体方式为：
9.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，步骤2中，对同轴喇叭外导体进行优化设计的具体方式为：
10.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，步骤3中，优化目标为高低频段之间的相互影响，约束条件为相位中心一致性，优化变量为光壁喇叭和同轴喇叭外导体的相对位置关系。
技术总结
本发明提供一种多频段同轴四脊喇叭组合馈源及制造方法，涉及卫星通信、遥感遥测、射电天文领域。该馈源包括同轴喇叭，同轴喇叭内导体为光壁喇叭，光壁喇叭相对于同轴喇叭外导体的喇叭口面向里缩进，光壁喇叭的尾部法兰盘与同轴喇叭外导体的尾部短路板相连接，同轴喇叭外导体和/或光壁喇叭上设有4个脊片，相邻脊片之间的夹角为90度，每个脊片处均设有一个与光壁喇叭的中心轴相垂直的探针，探针穿过同轴喇叭外导体和脊片，并插入到光壁喇叭的外壁内，探针外接SMA插座进行馈电。本发明电气性能优良，结构紧凑，设计自由度高，应用场景广泛，可作为双频共用馈源或三频共用馈源应用。
技术研发人员：焦一嵩,杜彪,李思羽
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第五十四研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23