[发明专利]一种双频段波束等化侧馈偏置卡塞格伦天线及其实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种双频段波束等化侧馈偏置卡塞格伦天线及其实现方法，属于天线技术领域。

背景技术

随着卫星宽带多媒体业务需求的快速增长，使相对空闲的Ka频段代替C频段和Ku频段，成为全球各地特别是欧美地区高清电视及宽带多媒体双向业务的首选频段。目前，Ka频段宽带多媒体通信卫星大多使用高增益多波束天线，采用多色复用形式实现大容量和广覆盖特性。此外，为了获得高效传输，要求多波束天线具有低旁瓣特性，以减小同频波束之间的干扰。

星载高增益低旁瓣多波束天线主要有直射相控阵天线和反射面+阵列馈源天线两大类。直射相控阵天线波束形成网络复杂，当形成多个波束时通道组件成倍增加，最终导致整副相控阵天线重量、功耗和热耗都比较大，并且其工作频率带宽有限。单口径单馈源子波束形成多波束，其效率较低，旁瓣较高；单口径多馈源优化合成多波束，当系统所需波束数目较多时馈电网络复杂，需要大量的移相衰减组件和控制组件，实现难度较大；多口径单馈源子波束形成多波束，每副口径天线可以选择较大口径的喇叭馈源，不同口径天线对应的馈源阵形成的波束间隔排列，无需复杂的馈电网络就能实现高增益和低旁瓣无缝覆盖。

目前，星上使用的Ka频段多口径单馈源多波束天线主要有两类：收发分开和收发共用。收发分开形式收发频段各使用一套天馈系统，收发天线口径电尺寸相当，从而获得收发波束宽度的一致性；收发共用形式收发频段使用一套天馈系统，采用双频馈源，反射器边缘采用二色性材料或者阶梯圆环，使高频电磁波在反射器边缘透射或者抵消，从而使收发天线口径电尺寸相当，获得收发波束宽度的一致性。前者质量和体积较大，结构也较为复杂；后者反射器加工较为困难。

由于现有卫星平台的限制，对天线的包络尺寸、结构特性有严格的要求，因此收发分开多波束天线难以满足要求；而目前采用二色性材料和阶梯圆环反射器的收发共用多波束天线，其反射器加工工艺复杂，并且热变形情况下天线电性能急剧恶化，因此也很难满足要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种双频段波束等化侧馈偏置卡塞格伦天线，通过使用馈源低频发射方向图的主瓣、高频接收方向图的第一旁瓣照射反射器，使天线收发方向图具有相等的波束宽度，具有结构简单、轻便、设计容易、性能优良、实用性强等优点，并且具有良好的抗同频干扰能力。

本发明的另外一个目的在于提供一种双频段波束等化侧馈偏置卡塞格伦天线的实现方法。

本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：

一种双频段波束等化侧馈偏置卡塞格伦天线，包括四副分布在卫星上的标准侧馈偏置卡塞格伦天线，每副标准侧馈偏置卡塞格伦天线包括主反射器、副反射器、馈源组件、第一展开机构和第二展开机构，其中主反射器、与副反射器之间通过第二展开机构连接，主反射器通过第一展开机构连接在卫星上，所述馈源组件包含n个样条赋形光壁喇叭馈源，每个样条赋形光壁喇叭馈源指向副反射器，每个样条赋形光壁喇叭馈源的相位中心置于标准侧馈偏置卡塞格伦天线焦平面，且指向等效反射面的中心，每个样条赋形光壁喇叭馈源由样条赋形光壁喇叭、方圆过渡、圆极化器、方方过渡和正交模耦合器顺序连接形成，且样条赋形光壁喇叭的Ka频段方向图第一旁瓣与K频段方向图主瓣-12～-15dB均位于标准侧馈偏置卡塞格伦天线的馈源照射角θ_a处，其中n为正整数，n≥8。

在上述双频段波束等化侧馈偏置卡塞格伦天线中，样条赋形光壁喇叭根据标准侧馈偏置卡塞格伦天线的馈源照射角θ_a和样条赋形光壁喇叭馈源的最大口径D_f设计得到，所述样条赋形光壁喇叭馈源的最大口径D_f根据卫星通信覆盖区域及四色复用规划计算得出。

在上述双频段波束等化侧馈偏置卡塞格伦天线中，样条赋形光壁喇叭的Ka频段1.6GHz工作频带内方向图第一旁瓣与K频段1.6GHz工作频带内方向图主瓣-12～-15dB均位于标准侧馈偏置卡塞格伦天线的馈源照射角θ_a处。

在上述双频段波束等化侧馈偏置卡塞格伦天线中，四副标准侧馈偏置卡塞格伦天线中的馈源组件包含的样条赋形光壁喇叭馈源的数目可以相同或不相同。

一种双频段波束等化侧馈偏置卡塞格伦天线的实现方法，包括如下步骤：

第一步：根据卫星平台所要求的天线尺寸，设计四副标准侧馈偏置卡塞格伦天线，得到馈源照射角θ_a；

第二步：根据卫星通信覆盖区域及四色复用规划，计算出馈源最大口径D_f；