[发明专利]一种耐高温Ka频段宽波束收发天线

说明书

技术领域

本发明涉及一种耐高温Ka频段宽波束收发天线，特别是涉及一种可用于各种要求天线具有宽波束、收发端口高隔离度的Ka频段遥测、外测、控制、通信等相关国防领域的耐高温Ka频段宽波束收发天线。

背景技术

随着航空航天测控技术发展和各种超高速飞行器不断发展，Ka频段各种设备的使用日益广泛。为满足某超高速滑翔飞行器型号需求，研制Ka频段弹载天线。具体要求为：Ka弹载天线安装于飞行体表面超厚防热天线窗下，由于飞行器长时间滑翔于大气层内，故要求天线本身能够承受一定的高温，且具有一定强度。天线为线极化，宽波束增益方向图。天线能够同时完成Ka发射和Ka接收的功能，发射和接收均工作于Ka频段。收发端口共用一个天线窗，两个端口之间具有较高的隔离度。发射端口的工作频带为f₁±150MHz，接收端口的工作频带为f₂±150MHz。

以往的传统弹上天线多为L~C频段，Ka频段弹上天线为首次研制。微带天线为弹上天线最常见的型式，但是由于Ka频段微波设备电波长很短，只有10mm左右，若使用微带则由于天线尺寸过小，不便于加工，且高频段微带天线的表面波和介质基板损耗等问题会导致能量损耗严重，辐射效率不高，无法满足使用需求。要求天线具有一定结构强度，且在较高温度（200℃）温度下，能正常工作，故天线本身材料在高温状态下，电特性和结构特性稳定。作为飞行器天线，要求天线尺寸尽量小。同时，Ka频段设备对加工精度要求较高，故天线型式本身，对加工精度要求不高。

因此亟需提供一种新型的耐高温Ka频段宽波束收发天线。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种在高速飞行器载体上，在固定小尺寸天线窗口条件下，实现一种收发共用、高隔离度的耐高温Ka频段宽波束收发天线。

为解决上述技术问题，本发明一种耐高温Ka频段宽波束收发天线，包括天线主体、罩于天线主体之上的天线窗、设置于天线主体之中的接收高频的第一圆波导和发射低频的第二圆波导；第一圆波导的上端口为第一圆波导开口，第二圆波导的上端口为第二圆波导开口，第一圆波导开口与第二圆波导开口的水平高度一致；第一圆波导开口与第二圆波导开口周围各设有3圈金属扼流槽，扼流槽比圆波导开口辐射面低3mm。

天线主体下表面设有矩圆过渡片，矩圆过渡片上对应第一圆波导与第二圆波导的下端口分别设有两段式阶梯孔，阶梯孔紧邻圆波导的孔段为椭圆形过渡段，阶梯孔另一孔段为带有导角的矩形过渡段。

两个矩形过渡段的矩形长边彼此正交。

矩圆过渡片的厚度为4.8mm。

圆波导开口辐射面与天线窗下表面之间保持一定间距。。

第一圆波导、第二圆波导与扼流槽整体加工在同一金属的天线主体上。

本发明采用开口圆波导天线作为Ka天线主体。这种类型天线本身为宽波束方向图，且对加工精度要求不高。两个不同尺寸的圆波导对应接收和发射相应频率。根据频率计算天线波导口的尺寸，使圆波导口既能保证单模传输,又能达到波束宽度和最大增益要求。

本发明在波导辐射口处增加3圈扼流槽，扼制多共一天线不同端口之间的相互干扰，增加隔离度。

本发明的扼流圈低于波导辐射口3mm，可反射部分波导口辐射能量，优化低仰角方向图，增加波束宽度。波导口与防热天线窗下表面之间设有空气间隙，形成了空气腔，进行优化以进一步展宽方向图。

本发明的天线馈电口为矩形波导BJ260，采用矩圆过渡形式实现矩形波导到圆波导的模式转换。为减小天线尺寸和重量，采用了台阶式矩圆过渡匹配片代替传统的矩圆过渡段。矩圆过渡片厚度约4.8mm，大大小于传统过渡段50mm的长度。天线两个端口的矩形波导的矩形长边为正交方向，保证了两天线极化正交，增加了端口隔离度。

本发明接收、发射天线的圆波导与扼流槽进行整体加工在同一金属结构体上，作为天线主体，以提高产品的可靠性。整个天线为纯金属结构，在一定高温状态下，金属结构性能和电性能稳定。能够满足天线结构强度和耐高温的要求。天线不同部分安装、天线在弹体上的安装、天线馈电端口与馈电波导之间的连接均采用螺钉方式，提高了整个天馈的可靠性。

对天线进行试验和测试：天线接收、发射端口的驻波带宽均大于400MHz。天线为线极化，两端口极化方向正交，隔离度大于50dB。两个端口方向图一致性较好，均能够满足宽波束方向图要求，方向图测试结果为：最大增益在天线法线方向，不小于4dB，法线±60°范围内天线增益不小于0dB。

附图说明