雙頻雙極化毫米波饋源的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于目標(biāo)探測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及應(yīng)用于雙頻毫米波測云雷達(dá)卡塞格倫反射面天線的毫米波饋源。
【背景技術(shù)】
[0002]雙頻雙極化毫米波饋源作為雙頻毫米波測云雷達(dá)卡塞格倫反射面天線的初級輻射器，為其提供有效的照射。雙頻毫米波測云雷達(dá)是毫米波測云雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展和延伸，是精細(xì)化探測需求的產(chǎn)物。
[0003]早期進(jìn)行雙波長探測采用雙雷達(dá)，即兩部不同頻段的雷達(dá)同時開機(jī)，對同一目標(biāo)進(jìn)行探測。這種方法最大的問題是難以保證兩部雷達(dá)探測的是同一目標(biāo)，且設(shè)備量大，運(yùn)行維護(hù)要求高。研制采用共面天線的雙波長雷達(dá)，是解決上述問題的有效方法。
[0004]研制雙頻毫米波測云雷達(dá)的關(guān)鍵在于毫米波共面天線的技術(shù)突破，對于面天線，關(guān)鍵在于突破雙頻雙極化毫米波饋源技術(shù)。雙頻毫米波測云雷達(dá)工作在Ka/W頻段。在毫米波頻段，特別是W頻段，其波長短，使得毫米波設(shè)備的設(shè)計、加工都面臨新的難題。由于毫米波其自身的特點(diǎn)，也限制了很多在低頻段可以采取的措施的使用。
[0005]雙頻段雙極化饋源在Ku/Ka雙頻段，Ka頻段可以采用同軸嵌套方式嵌套在Ku頻段內(nèi)，Ka頻段采用介質(zhì)填充喇叭實(shí)現(xiàn)。但是這種方法若運(yùn)用在W頻段，介質(zhì)損耗難以承受。即使采用空氣介質(zhì)金屬波導(dǎo)，其損耗也不可忽略。研究表明W頻段波導(dǎo)理論損耗3.82dB/m，實(shí)際上由于波導(dǎo)內(nèi)壁光潔度的問題，甚至達(dá)到理論值的3?4倍，實(shí)驗實(shí)測值約為13dB/m。因此，在W頻段就需要采用全金屬結(jié)構(gòu)，并盡量簡化饋源的結(jié)構(gòu)。
[0006]隨著雙頻毫米波測云雷達(dá)的發(fā)展應(yīng)用，研究一種應(yīng)用于反射面天線的雙頻雙極化毫米波饋源是目前面臨的一個技術(shù)難題。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]為了滿足雙頻毫米波測云雷達(dá)的使用要求，本實(shí)用新型提供一種雙頻雙極化毫米波饋源。
[0008]雙頻雙極化毫米波饋源由輻射端、Ka頻段正交模耦合器和W頻段正交模耦合器組成；
[0009]所述輻射端由依次連接的喇叭體I和Ka頻段波導(dǎo)2構(gòu)成，既是Ka頻段的輻射端又是W頻段的輻射端；
[0010]所述Ka頻段正交模耦合器由W頻段多模喇叭、Ka頻段第一饋電波導(dǎo)5和Ka頻段第二饋電波導(dǎo)6構(gòu)成；所述W頻段多模喇叭由依次連接的Ka頻段波導(dǎo)2、過渡圓錐臺4和W頻段波導(dǎo)3構(gòu)成；所述Ka頻段第一饋電波導(dǎo)5和Ka頻段第二饋電波導(dǎo)6分別交錯設(shè)于Ka頻段波導(dǎo)2上，Ka頻段第一饋電波導(dǎo)5和Ka頻段第二饋電波導(dǎo)6相互垂直；且Ka頻段第一饋電波導(dǎo)5的出口端和Ka頻段第二饋電波導(dǎo)6的出口端均設(shè)有濾波器11 ;
[0011]所述W頻段正交模耦合器由W頻段波導(dǎo)3、W頻段第一饋電波導(dǎo)7和W頻段第二饋電波導(dǎo)8構(gòu)成；所述W頻段第一饋電波導(dǎo)7和W頻段第二饋電波導(dǎo)8交錯設(shè)于W頻段波導(dǎo)3上，W頻段第一饋電波導(dǎo)7和W頻段第二饋電波導(dǎo)8相互垂直；
[0012]所述Ka頻段波導(dǎo)2和W頻段波導(dǎo)3均為圓波導(dǎo)，且W頻段波導(dǎo)3的直徑小于Ka頻段波導(dǎo)2 ;
[0013]所述喇叭體I的小口徑端連接著的Ka頻段波導(dǎo)2的一端，Ka頻段波導(dǎo)2的另一端通過過渡圓錐臺4連接著W頻段波導(dǎo)3的一端，W頻段波導(dǎo)3的另一端為底端，且封閉；W頻段波導(dǎo)3為W頻段多模喇叭的饋電波導(dǎo)，Ka頻段波導(dǎo)2為W頻段多模喇叭的傳輸波導(dǎo)。
[0014]所述喇叭體I為豎波紋圓錐喇機(jī)，其體內(nèi)布設(shè)有兩個以上的沿喇叭體中心軸對稱的波紋槽，所述波紋槽的槽深不小于四分之一波長，槽寬為槽周期的三分之一?二分之一。
[0015]所述W頻段波導(dǎo)3的直徑是Ka頻段波導(dǎo)2的直徑的三分之一?二分之一。
[0016]所述過渡圓錐臺4的錐度為25?35度。
[0017]所述濾波器11為Ka頻段通帶、并具有W頻段阻帶的低通濾波器。
[0018]所述Ka頻段第一饋電波導(dǎo)5、Ka頻段第二饋電波導(dǎo)6、W頻段第一饋電波導(dǎo)7和W頻段第二饋電波導(dǎo)8分別位于以所述毫米波饋源的軸向為基準(zhǔn)的四個方向。
[0019]所述Ka頻段第一饋電波導(dǎo)5、Ka頻段第二饋電波導(dǎo)6的波導(dǎo)端面均由90°切角彎頭矩形波導(dǎo)變換為軸線平行于Ka頻段波導(dǎo)2的矩形波導(dǎo)。
[0020]所述W頻段第一饋電波導(dǎo)7和W頻段第二饋電波導(dǎo)8的波導(dǎo)端面均與Ka頻段波導(dǎo)3的矩形波導(dǎo)軸線垂直。
[0021]本實(shí)用新型的有益技術(shù)效果體現(xiàn)在以下方面:
[0022]本實(shí)用新型的雙頻雙極化毫米波饋源采用全波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，單口徑實(shí)現(xiàn)雙頻雙極化；高頻段位于中間，低頻段從側(cè)面饋電，考慮到毫米波的特點(diǎn)，饋源的結(jié)構(gòu)越簡單，則無論加工難度的克服還是最后的性能的保證，都更有可能。因此選擇高頻段雙模饋源外接正交模耦合器，低頻段從直徑增加的圓波導(dǎo)段饋電的最簡單結(jié)構(gòu)方案。雙極化饋源主體結(jié)構(gòu)簡潔，全波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；突破了雙頻雙極化毫米波饋源技術(shù)難題。此外雙極化要求饋電結(jié)構(gòu)必須是兩個，若在同一個“高度”相距90°饋電，兩種極化的隔離很難保證，必須相隔一個波導(dǎo)波長，才可以保證兩種極化隔離達(dá)到要求。高頻段后端接正交模耦合器。
[0023]本實(shí)用新型所述Ka頻段正交模耦合器的特點(diǎn)在于將傳統(tǒng)正交模耦合器與雙模喇叭相結(jié)合為一種新型正交模耦合器，這種新型結(jié)構(gòu)即可替代探針饋電型正交模耦合器，也可替代波導(dǎo)直接饋電型正交模耦合器。如圖1和圖4所示，所述Ka頻段正交模耦合器用W頻段雙模喇叭替代傳統(tǒng)正交模耦合器的波導(dǎo)短路面，其中一種極化的饋電口距離短路面較近，另一種極化的饋電口與之正交90°且上移一個波長。
[0024]本實(shí)用新型所述饋源，W波段采用傳統(tǒng)雙模喇叭，如圖1所示，雙模喇叭主體包括W頻段波導(dǎo)3、過渡圓錐臺4和Ka頻段波導(dǎo)2，W頻段波導(dǎo)3為其饋電波導(dǎo)，Ka頻段波導(dǎo)2為其傳輸波導(dǎo)。所述W頻段饋源要實(shí)現(xiàn)雙極化，雙極化要求饋電結(jié)構(gòu)必須是兩個，若在同一個高度相距90°饋電，兩種極化的隔離很難保證，必須相隔一個波導(dǎo)波長，可以保證兩個極化隔離達(dá)到要求，W頻段后端可以接正交模耦合器實(shí)現(xiàn)雙極化。為保證雙極化饋源合理布局，W頻段正交模耦合器結(jié)構(gòu)選用如圖1和圖4所示的傳統(tǒng)波導(dǎo)直接饋電型結(jié)構(gòu)。所述W頻段的正交模耦合器利用W頻段多模喇叭的饋電波導(dǎo)作為主輻射波導(dǎo)，即兩者共用W頻段波導(dǎo)3，所述W頻段的正交模耦合器的W頻段第一饋電波導(dǎo)和W頻段第二饋電波導(dǎo)分別為W頻段的兩種極化的出口波導(dǎo)，并且垂直于主輻射波導(dǎo)，也可以通過相應(yīng)的彎曲結(jié)構(gòu)使得波導(dǎo)出口達(dá)到預(yù)期效果。所述Ka頻段的兩種極化出口波導(dǎo)和W頻段的兩種極化出口波導(dǎo)分別位于主輻射波導(dǎo)的四個方向，并且兩兩正交，上下交錯，不在同一水平面，便于與后端波導(dǎo)的連接。
[0025]因為Ka頻段波導(dǎo)同樣可以傳輸一部分W頻段信號，為防止串?dāng)_，提高饋源性能，在Ka頻段正交模耦合器的輸出矩形波導(dǎo)段增加濾波器，使得Ka頻段通帶，W頻段阻帶。最終的雙頻段雙極化饋源主體結(jié)構(gòu)簡潔，全波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，可以滿足設(shè)計指標(biāo)要求，包括承受功率的要求，加工難度也在可接受范圍內(nèi)。
[0026]本實(shí)用新型設(shè)計思路不僅限于Ka/W雙頻段雙極化饋源的設(shè)計，所述饋源可以用于其他雙頻段饋源設(shè)計，亦可用于除卡塞格倫反射面之外的其他反射面情況，作為初級輻射器。
【附圖說明】
[0027]圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2為圖1加金屬壁并沿W頻段多模喇叭和Ka頻段第一饋電波導(dǎo)5軸向的剖視圖；
[0029]圖3為輻射端和Ka頻段正交模耦合器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖4為圖1的簡化結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031 ] 圖5為卡塞格倫天線示意圖；
[0032]圖6為本實(shí)用新型Ka頻段中心頻點(diǎn)主極化及交叉極化方向圖；
[0033]圖7為本實(shí)用新型Ka頻段兩種極化駐波曲線圖；
[0034]圖8為本實(shí)用新型W頻段中心頻點(diǎn)主極化及交叉極化方向圖；
[0035]圖9為本實(shí)用新型W頻段兩種極化駐波曲線圖。
[0036]上圖1-4中序號:喇叭體l、Ka頻段波導(dǎo)2、W頻段波導(dǎo)3、過渡圓錐臺4、Ka頻段第一饋電波導(dǎo)5、Ka頻段第二饋電波導(dǎo)6、W頻段第一饋電波導(dǎo)7、W頻段第二饋電波導(dǎo)8、Ka頻段第一出口波導(dǎo)9、