[发明专利]射电日像仪宽频带双圆极化馈源

说明书

1)技术领域

本发明属于无线电、射电天文技术领域，尤其涉及一种反射面上安装的宽频带馈源。

2)技术背景

新一代厘米-分米波射电日像仪低频段是由40面天馈系统，40套模拟接收机以及40路数字接收机组成。其中天馈系统中的馈源是日像仪前端接收系统的一个重要组成部分，同时也是整个系统设计的难点之一。由观测目标的物理性质决定，日像仪需要在高时间、高空间、高频率分辨率对太阳进行连续观测，并在宽频带内具有综合成像能力。馈源方向图应满足对反射面的照射要求，通常兼顾天线增益和副瓣电平，要求反射面边缘照射电平约为-10dB，即馈源方向图-10dB处波束宽度应接近于反射面张角。通常所应用的超宽带天线有对数周期天线、平面螺旋天线、圆锥螺旋天线、Sinuous天线等。对于对数周期天线，当工作频带很宽时，这种天线存在的问题和缺陷有：天线的尺寸很大，如果将其加在反射面上，导致天馈系统的效率降低，且相位中心易随频率的变化而移动；平面螺旋天线和圆锥螺旋天线由于其结构特点，只能实现单旋向接收，不能同时接收双圆极化波，因此均不适合做日像仪所需要的馈源。因此本发明所要解决的技术问题是提供一种宽频带馈源，能够确保馈源结构，提高电性能稳定性。

此发明所设计的馈源在宽频带(0.4GHz～2GHz的低频段)接收双圆极化RCP(右旋圆极化)和LCP(左旋圆极化)信号，具体特性，就是在观测频带内，馈源的方向图、阻抗、相位中心等参数基本不随频率变化。由于如果采用直接双圆极化输出信号的馈源无法满足低频部分5个倍频程的频率范围要求。项目中的所用的宽频带双圆极化馈源将采用宽频带线极化馈源加3dB电桥移相器的办法实现。

3)发明内容

本发明解决的技术问题：根据射电天文技术，设计考虑馈源在整个宽频带内，相位中心不随频率改变而改变，电压驻波比小于1.5。在工程上双圆极化天线可以由性能优良的双线极化天线结合隔离度超好的3dB电桥形成网络来构造。

本发明具体是这样实现的：

在新一代厘米-分米波射电日像仪中，一期的工作频段在0.4-2GHz，馈源组成包括：对称振子、金属地板、馈电所需的同轴电缆、馈电处的绝缘介质、电阻、支撑对称振子的楔形模块、金属薄片。

根据上述方案，各个对称振子长度是其接收电磁信号波长的二分之一。

根据上述方案，楔形模块作为对称振子与金属地板的连接部件，是由低介电常数板制作而成，形状从侧面看是一直角梯形，底面与地板做到无缝接触，根据对称振子与地板的夹角加工楔形模块，以提高对称振子的稳定度和机械强度。

根据上述方案，在馈电处需要添加绝缘介质，确保馈电座内外的同轴度。

根据上述方案，在最底端高频对称振子相连处，同轴电缆的内芯和外皮分别与高频对称振子的两端相连。

根据上述方案，同轴电缆馈电时，应调节同轴电缆馈电的位置，并添加电阻，使馈源与电阻的阻抗约为50欧，以与同轴电缆的特性阻抗匹配。

根据上述方案，在调试过程当中，部分频率段的对称振子需贴小的金属薄片，以获得较好的馈源电性能。

为了使馈源具有等化的E面和H面波瓣宽度，通过对馈电部分添加阻抗的优化方法解决驻波值较大的问题。

本发明与现有技术相比的优点如下：

a)在宽频带下，馈源的尺寸减小，极大的提高了抛物面天线的照射效率。

b)具有等化的E面和H面波束宽度。

c)输入阻抗、方向图、相位中心显示良好的非频变性，这种馈源的应用，对于后续的数据处理提供可参考数据。

d)馈源的宽频带设计，为之后在射电天文界应用的天馈技术开辟一种新的研究方向。

e)易加工，造价低。新馈源所选用的材料均为常用，可靠性高，无特殊工艺加工要求，容易加工。

4)附图说明

本发明涉及一种太阳射电日像仪馈源，它是一种可在宽频带(0.4-2GHz)范围内，与4.5米抛物面天线一起接收太阳电磁信号。所有振子以对数周期形式排列，具有低交叉极化、稳定的相位中心等特点。

图1是半波对称振子天线结构示意图，此振子作为馈源基本组成单元。如图1所示，此振子辐射方向图在振子的轴线方向上辐射为零，在水平面上辐射最大。