[发明专利]一种超宽带介质加载四脊喇叭馈源

说明书

技术领域

本发明涉及一种超宽带介质加载四脊喇叭馈源，专门用于射电天文领域超宽带微波接收机。

背景技术

射电望远镜是射电天文观测的重要工具，它的主要功能是将宇宙天体辐射而来的电磁波汇聚在其主面焦点或者副面焦点上，再由焦点处的馈源及接收机系统接收并传输给记录终端。

随着射电天文观测需求的推动，对馈源系统的要求趋向多频段、全频段及超宽频带，并向毫米波亚毫米波覆盖，研制应用于射电天文中的宽带/超宽带馈源具有非常重要的意义。对于工作频带在0.6-4GHz的前馈天线而言，馈源不仅要求具有良好的电气性能(驻波、隔离等)，还要求整个工作频带内具有相同的照射效率(照射角度与照射电平)，以获得较佳的天线效率。

波导常被用作传输电磁波能量的器件，将波导终端做成逐渐张开的形状，就是喇叭天线。波导的工作带宽定义为主模截止波长和第一个高次模截止波长之比。在圆波导中加入脊结构，由于脊结构边缘电容效应作用，其主模的截止波长大于圆波导中主模的截止波长，第一个高次模的截止波长小于圆波导中第一个高次模的截止波长，所以脊波导的工作带宽可远大于圆波导中的工作带宽。四脊波导终端做成逐渐张开的喇叭形状，就是四脊喇叭。它具有宽频带、双极化和体积小等特点，可以用作反射面天线宽带馈源。

四脊喇叭和Eleven馈源都具有良好的辐射方向图和较宽的工作带宽，是实现宽频带馈源的两种形式。但Eleven馈源的馈电方式不易实现且回波损耗与插入损耗较大，而四脊喇叭使用同轴线馈电，馈电方式易于实现且插入损耗较小。

发明内容

本发明目的在于，提供一种超宽带介质加载四脊喇叭馈源，该馈源为一种介质加载的宽频带、双极化圆口四脊喇叭，工作频段为0.6-4GHz，应用于射电望远镜超宽带接收机系统。该馈源由四脊喇叭、四脊圆波导、脊膜片、介质棒、金属外缘、第一同轴探针、第二同轴探针和介质环组成，通过在圆波导中加入脊膜片，使四脊圆波导工作带宽远大于圆波导工作带宽，再将四脊波导做成四脊喇叭，从而实现超宽带、双极化等功能；通过加载介质棒降低高频增益，加载金属外缘提高低频增益，使工作频带内增益一致；通过加载介质环和改变脊的横截面调节方向图等化辐射特性。该馈源方向图等化较好，实测结果与仿真结果基本吻合，可以满足射电天文观测需求。

本发明所述的一种超宽带介质加载四脊喇叭馈源，该馈源工作频段为0.6-4GHz，为一种介质加载的宽频带、双极化圆口四脊喇叭馈源，应用射电望远镜超宽带接收机系统，该馈源由四脊喇叭、四脊圆波导、脊膜片、介质棒、金属外缘、第一同轴探针、第二同轴探针和介质环组成，四脊喇叭(1)与四脊圆波导(2)连接，四脊圆波导(2)的另一端与短路背腔(3)连接，脊膜片(6)嵌入在四脊喇叭(1)和四脊圆波导(2)内部，第一同轴探针(4)穿过脊膜片(6)至四脊圆波导(2)中心处，介质环(8)加载在介质棒(7)顶端的外围，并与介质棒(7)一起嵌入四脊喇叭(1)内，金属外缘(9)加载在四脊喇叭(1)和四脊圆波导(2)的外侧。

四脊喇叭(1)口径360mm，喇叭段长度280mm。

四脊圆波导(2)口径190mm，长度34mm。

短路背腔(3)为方锥形，方锥底边为85×85mm、顶边为45×45mm、高度30mm。

第一同轴探针(4)采用50欧姆同轴线，和第二同轴探针(12)设计在同一个横截面位置上，第一同轴探针(4)与第二同轴探针(12)的交界处设计凹槽(11)，用以保证两个线极化传输相位的一致性。

脊膜片(6)厚度为16mm，截面为梯形小顶面倒直角修正型，修正系数为0.02，嵌入在四脊圆波导(2)的部分间距为6mm。

介质棒(7)由三个方锥组合而成，最下部方锥底边为2×2mm，顶边为24×24mm、高90mm，中间方锥底边为24×24mm，顶边为48×48mm、高90mm，最上部方锥底边为48×48mm，顶边为2×2mm、高40mm。

金属外缘(9)母线为修正型指数曲线，口径为560mm，外缘倒角80mm。

介质环(8)底面内径140mm、外径160mm，顶面内径180mm、外径200mm，高30mm。

本发明所述的一种超宽带介质加载四脊喇叭馈源，工作频率为0.6-4GHz，应用于射电望远镜超宽带接收机系统。该馈源为一种介质加载的宽频带、双极化圆口四脊喇叭馈源，电压驻波比小于2，两端口的隔离度小于-20dB。通过介质加载等措施，实现了宽频带内照射特性比较一致的方向图，经过仿真和实测验证，该馈源可以满足工程应用要求。