[发明专利]一种介质加载超宽带波纹喇叭馈源

说明书

本发明涉及一种介质加载超宽带波纹喇叭馈源，包括馈源外壁，还包括等角度地安装在馈源外壁内部的四个脊片，四个脊片的底部开设有反射腔，在反射腔上方沿垂直于馈源外壁中轴线方向设置有馈电探针，在馈源外壁的辐射面加载有扼流槽，用于改善中低频的远场方向图；同时在四脊片中间添加了一段带有曲线的聚四氟乙烯介质材料，并在材料上开出均匀的沟槽，用于改善高频远场方向图的等化性能。本发明有效的改善了馈源在全频段内远场辐射方向图的等化性，频率覆盖范围可以达到6:1。

技术领域

本发明涉及射电天文观测领域，具体涉及一种介质加载超宽带波纹喇叭馈源。

背景技术

目前，射电天文观测目前用于研究各种天体的前沿问题，特别是暗物质分布、黑洞物理、宇宙暗能量性质、引力波和引力暴(Gravitational wave bursts)探测等最前沿问题。射电望远镜是射电天文研究的基本工具，射电望远镜基本是由一面巨大的反射面天线、多套不同波段的馈源和接收机系统以及相对应的数字后端系统组成。

传统的馈源带宽较窄，是射电望远镜带宽难以提高的制约因素。传统的馈源器件，在1GHz 以下的较低频段通常采用偶极振子类型的馈源，其带宽的提升主要受到振子天线较窄的损耗特性及方向图特性的制约；在1GHz以上，通常采用金属主体的喇叭天线结构，其带宽的提升主要是受到方向图在高频的恶化及带宽有限的正交模式极化器的制约。

近年来，射电天文对超宽带的观测设备提出了迫切的需求，宽频带被认为是下一代射电天文观测设备应具备的重要指标。更宽的观测带宽是提高望远镜灵敏度的重要途径，宽带的观测仪器还因其整合了多个波段的观测设备而大大提高了设备的利用率。宽带的射电观测能够对射电源进行宽频带的观测，从而可以直接测量其频谱；能够对多条谱线同时进行观测，从而有助于确定射电辐射区的物理性质；还能投提高对弱源特别是脉冲星的探测能力以及提高对短脉冲源特别是暂现源(瞬变源)的研究能力。

宽带馈源是所有宽带射电天文观测设备的关键及瓶颈所在，馈源设备作为连接大天线与接收机的关键器件，要尽可能均匀地收集来自反射面聚焦的电磁波并低损耗地将其转化为电压信号，需要满足多方面的技术指标，因此宽带馈源的设计是一项具有挑战性的任务。目前的射电望远镜中广泛装备的波纹型喇叭馈源性能优良，但只能达到2.2∶1的相对带宽。为了进一步拓展带宽至5∶1甚至10∶1以上的水平，近年来国际上已经开始了众多的尝试。

近年来，以Eleven馈源为代表的非频变类的宽带结构，能够在近10:1的相对带宽内维持照明波束的恒定并且宽频带内的相位中心能够保持相对固定，但是其反射损耗性能较差且难以得到更好改善。

宽带馈源的另外一个实现途径是采用四脊型喇叭，传统的四脊喇叭损耗大难以满足射电天文场合对器件高灵敏度的要求，方向图随频率波动大会严重降低馈源在宽频带上的照明效率、相位中心不够平稳、交叉极化偏大。更重要的，传统的四脊馈源的照明波束居中，大约在30°～60°之间，只比较适合用作偏馈结构的反射面天线中，而在大量存在的主焦和卡焦反射面天线中难以推广使用。

相比于传统的四脊型喇叭，新型的四脊型超宽带馈源拓展了馈源的带宽，更适合应用于大张角的照明场合。如图1所示，四脊型大张角宽带馈源(Quad-Ridged FlaredHorn)是现有超宽带馈源的方案之一，该方案在传统四脊片宽带喇叭的基础上增加了圆弧状的卷边4，也称口面适配器，在一定程度上改善了远场方向图的等化性能。四脊型大张角宽带馈源在反射损耗和插入损耗方面有着明显的优势，但该馈源方案全频段远场方向图的波束恒定性不好，高频远场方向图相较于低频而言过于尖锐，同时E面和H面的远场辐射方向图等化性相当差，不能满足抛物面天线馈源远场方向图旋转对称性的要求，也就制约了该种馈源在全频段的口面效率。

发明内容