[发明专利]一种基于波束切换技术的宽波束覆盖范围锥状波束天线

说明书

本发明公开了一种基于波束切换技术的宽波束覆盖范围锥状波束天线，包括垂直共线排布且具有不同波束指向角的同轴CTS天线和三级圆波导口径天线，同轴CTS天线由六个同轴CTS单元级联而成，采用嵌套同轴结构。三级圆波导口径天线由三个口径依次增大的圆波导、同轴馈电探针组成。三级圆波导口径天线与同轴CTS天线垂直共线安装。本发明通过切换馈电完成波束切换，从而实现宽波束覆盖范围的锥状波束，同时保持了较高的增益，克服了天线增益与半功率波束宽度间的矛盾关系。

技术领域

本发明涉及一种基于波束切换技术的宽波束覆盖范围锥状波束天线，应用于卫星通信、WLAN和制导系统等领域。

背景技术

锥状波束天线是一类波瓣图和极化方向径向对称的天线，它在孔径的法线方向上没有辐射，最大辐射方向在与法线成一定倾角的锥面上，是一种具有周向对称性的天线。在卫星通信、室内WLAN通信和制导系统中，为避免由于终端设备或目标的无规则运动造成而造成信号连接中断，需要终端设备和弹载引信的天线方向图具有周向全向性，而锥状波束天线的出现使得该问题得以解决。一般锥状波束天线在覆盖一定波束范围的同时，还能够提供稳定的信号质量，即在波束指向角方向具有较高的增益。目前，锥状波束天线的实现形式有螺旋天线、微带贴片天线、径向波导缝隙天线以及开口圆波导天线等，大部分都是借助天线所激励的TM_0m、TE_0m、TM_m1(m1)、TE_m1(m1)模式进行辐射。上述的锥状波束天线一般具有较窄的波束覆盖范围，而在某些应用领域中，宽波束覆盖范围具有不可比拟的优势，如使系统更加紧凑，不需要通过机械扫描方式来实现波束的扫描，简化信号处理系统的复杂度，实现多目标同时探测等。但是在实现宽波束覆盖范围的同时，天线的增益会降低，因为高增益与宽波束覆盖范围是相互限制的，即同时实现高增益和宽波束覆盖范围的锥状波束天线较为困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于波束切换技术的宽波束覆盖范围锥状波束天线。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于波束切换技术的宽波束覆盖范围锥状波束天线，包括垂直共线排布且具有不同波束指向角的同轴CTS天线和三级圆波导口径天线。

优选地，所述同轴CTS天线包括同轴波导、顶盖、5个金属圆盘、底盖以及短路金属圆环，所述顶盖、底盖分别设置在同轴波导的两端，5个金属圆盘等间距设置在顶盖、底盖间，所述短路金属圆环设置在底盖底部且与同轴波导连接，所述同轴波导内部以及顶盖、5个金属圆盘、底盖、短路金属圆环围成的区间内填充聚四氟乙烯形成圆柱体。

优选地，所述同轴波导包括同心设置的第一空心圆柱和第二空心圆柱，所述第一空心圆柱设置在第二空心圆柱的内部且上端与三级圆波导口径天线连接，所述第二空心圆柱与短路金属圆环连接，所述空心圆柱与空心圆柱所围成的区域内填充聚四氟乙烯。

优选地，所述第一空心圆柱与三级圆波导口径天线连接的一端设有一个倾角为45的圆台，所述圆台与顶盖连接。

优选地，所述三级圆波导口径天线包括同心设置的金属圆柱、探针，所述探针设置在金属圆柱内部的下端，且与穿过同轴波导内部的同轴馈电电缆连接。

优选地，所述金属圆柱包括四个口径依次减小的圆波导～，所述最小口径的圆波导与探针所形成的区域内填充聚四氟乙烯，且共同构成了同轴馈电探针。

本发明与现有技术相比，其显著优点：

1、利用波束切换技术，切换具有不同波束指向角的锥状波束天线，在实现宽波束范围的同时，保持了较高的增益，克服了天线的增益与半功率波束宽度间的矛盾关系。

2、采用同轴嵌套结构，使得天线的最大辐射方向与馈电端口间的夹角大于90°，减小了馈电结构对天线辐射造成的遮挡和相互干扰，便于天线的安装，使得天线的结构更加紧凑。

下面结合附图和具体实施方案对本发明作进一步的详细描述。

附图说明