本實(shí)用新型涉及天線技術(shù)，特別是饋源及包含饋源的天線系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

天線系統(tǒng)包括金屬反射面和饋源。饋源是天線系統(tǒng)的初級(jí)輻射器，用于將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電磁波。根據(jù)天線的類(lèi)型，天線系統(tǒng)可以包括一個(gè)或多個(gè)反射面。在發(fā)射狀態(tài)，饋源產(chǎn)生的電磁波在金屬反射面反射之后，形成向空氣中輻射的窄波束。例如，在拋物面天線中，饋源發(fā)射的球面波經(jīng)拋物面反射后為變換成平面波，沿拋物面軸向輻射窄波束。

然而，現(xiàn)有的天線系統(tǒng)中需要采用饋源支架將饋源安裝在反射面的合適位置上。如果饋源未準(zhǔn)確地設(shè)置于拋物面焦點(diǎn)，將會(huì)引起口徑效率下降。此外，對(duì)于正饋式拋物面天線，由于拋物面反射的電磁波在拋物面中心處被饋源所遮擋，從而是無(wú)效的部分。如果饋源的方向圖在0°方向增益高，則會(huì)降低天線系統(tǒng)的口徑效率。

因此，期望進(jìn)一步改進(jìn)饋源的結(jié)構(gòu)以提高天線輻射效率并且便于安裝和調(diào)試。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本實(shí)用新型的目的在于提供饋源及天線系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)問(wèn)題。

根據(jù)本實(shí)用新型的一方面，提供一種饋源，其特征在于，包括：波導(dǎo)管，用于傳輸電磁波且作為初級(jí)輻射源提供初級(jí)輻射的電磁波；副反射面，用于反射所述初級(jí)輻射的電磁波；以及介質(zhì)頭，用于連接所述波導(dǎo)管和所述副反射面，其中，所述波導(dǎo)管包括管壁及其圍繞的中心孔，所述中心孔沿縱向延伸，所述波導(dǎo)管還包括位于管壁上的多個(gè)橫向環(huán)。

優(yōu)選地，所述波導(dǎo)管的前端包括第一開(kāi)口，使得所述介質(zhì)頭的后端可以插入所述波導(dǎo)管的中心孔中，所述波導(dǎo)管的后端包括第二開(kāi)口，用于連接外部的收發(fā)信機(jī)以傳送電信號(hào)。

優(yōu)選地，所述波導(dǎo)管還包括用于連接至天線的主反射面的法蘭，所述法蘭位于所述波導(dǎo)管的后端。

優(yōu)選地，所述多個(gè)橫向環(huán)彼此平行，并且鄰近所述波導(dǎo)管的后端。

優(yōu)選地，所述波導(dǎo)管從前端至后端的方向上，所述中心孔的尺寸大致恒定，且所述管壁的厚度兩袖逐漸增大。

優(yōu)選地，所述多個(gè)橫向環(huán)與所述管壁整體形成。

優(yōu)選地，所述介質(zhì)頭包括用于與所述副反射面連接的前端面和與所述波導(dǎo)管連接的后端面。

優(yōu)選地，所述介質(zhì)頭的前端面包括錐孔區(qū)，所述介質(zhì)頭的后端面包括直徑不同的多個(gè)圓孔形成的連續(xù)貫通形成的盲孔，在所述介質(zhì)頭的后端面至前端面的方向上，所述多個(gè)圓孔的直徑逐漸減小。

優(yōu)選地，所述副反射面包括前端面和后端面，所述副反射面的后端面與所述介質(zhì)頭的前端面匹配連接。

優(yōu)選地，所述副反射面的前端面為平整的圓形表面。

優(yōu)選地，所述副反射面的后端面包括外邊緣的齒狀區(qū)和中間的錐體區(qū)，所述副反射面的錐體區(qū)與所述介質(zhì)頭的錐孔區(qū)形狀匹配。

優(yōu)選地，所述副反射面的前端面上開(kāi)設(shè)有減重孔。

根據(jù)本實(shí)用新型的另一方面，提供一種天線系統(tǒng)，其特征在于，包括：主反射面，用于輻射或匯聚電磁波；上述的饋源；以及支架，用于支撐所述主反射面，其中，所述饋源從所述主反射面的焦點(diǎn)位置延伸穿過(guò)所述主反射面到達(dá)其背面。

優(yōu)選地，所述饋源固定在所述主反射面上。

優(yōu)選地，所述主反射面為環(huán)焦拋物面。

根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的饋源，波導(dǎo)管還包括在下部管壁上形成的多個(gè)橫向環(huán)。因而，至少一部分波導(dǎo)管構(gòu)成波紋管。所述多個(gè)橫向環(huán)用于降低表面波，使饋源方向圖0°方向下降，從而減小副反射面對(duì)反射電磁波的遮擋，以及避免饋源與反射面安裝在一起時(shí)對(duì)電磁波的傳輸效率的不利影響。該饋源可以提高天線系統(tǒng)的整體增益。

根據(jù)該實(shí)施例的天線系統(tǒng)，饋源從反射面的焦點(diǎn)位置延伸到達(dá)反射面的背面，并且直接安裝在反射面上。該天線系統(tǒng)的饋源不需要附加的饋源支架，便于安裝和調(diào)試。

附圖說(shuō)明

通過(guò)以下參照附圖對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例的描述，本實(shí)用新型的上述以及其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將更為清楚，在附圖中：

圖1示出根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的天線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2示出根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的天線系統(tǒng)中使用的饋源的立體圖；

圖3示出根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的天線系統(tǒng)中使用的饋源的截面圖；

圖4示出圖2所示的饋源在一個(gè)頻率下的方向圖仿真結(jié)果；

圖5示出圖2所示的饋源在另一頻率下的方向圖仿真結(jié)果。

具體實(shí)施方式

以下將參照附圖更詳細(xì)地描述本實(shí)用新型。在各個(gè)附圖中，相同的元件采用類(lèi)似的附圖標(biāo)記來(lái)表示。為了清楚起見(jiàn)，附圖中的各個(gè)部分沒(méi)有按比例繪制。此外，可能未示出某些公知的部分。

應(yīng)當(dāng)理解，在描述某個(gè)結(jié)構(gòu)時(shí)，當(dāng)將一層、一個(gè)區(qū)域稱為位于另一層、另一個(gè)區(qū)域“上面”或“上方”時(shí)，可以指直接位于另一層、另一個(gè)區(qū)域上面，或者在其與另一層、另一個(gè)區(qū)域之間還包含其它的層或區(qū)域。并且，如果將該結(jié)構(gòu)翻轉(zhuǎn)，該一層、一個(gè)區(qū)域?qū)⑽挥诹硪粚?、另一個(gè)區(qū)域“下面”或“下方”。如果為了描述直接位于另一層、另一個(gè)區(qū)域上面的情形，本文將采用“A直接在B上面”或“A在B上面并與之鄰接”的表述方式。

本實(shí)用新型可以各種形式呈現(xiàn)，以下將描述其中一些示例。

通過(guò)以下參照附圖對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例的描述，本實(shí)用新型的上述以及其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將更為清楚，在附圖中：

圖1示出根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的天線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。該天線系統(tǒng)1000包括饋源100、反射面200和支架220。饋源100從反射面200 的焦點(diǎn)位置延伸穿過(guò)反射面200，到達(dá)反射面的背面。反射面200安裝在支架220上。

支架220用于支撐天線系統(tǒng)的自重。進(jìn)一步地，該支架220還可以用于安裝配電箱、電機(jī)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。天線系統(tǒng)可以根據(jù)控制信號(hào)轉(zhuǎn)動(dòng)饋源100和反射面200，從而改變天線的主輻射方向。

反射面200的形狀為拋物面。例如，反射面200由拋物線旋轉(zhuǎn)360°得到，其中拋物線的方程為y＝x²/4f，f為拋物線焦距。優(yōu)選地，在拋物面中心有半徑為r的環(huán)焦。拋物面的作用是對(duì)饋源輻射出的電磁波進(jìn)行反射與匯聚。反射面200例如由鋁合金板構(gòu)成，厚度例如為1.5mm-3mm，或者由玻璃鋼或碳纖維構(gòu)成主體，然后在主體表面粘附金屬箔、金屬網(wǎng)或金屬柵。網(wǎng)孔的尺寸與天線工作頻率的波長(zhǎng)相關(guān)。例如，網(wǎng)孔的最大尺寸小于λ/8～λ/10，其中，λ是天線工作頻率的波長(zhǎng)。如果網(wǎng)孔的尺寸過(guò)大，則電磁波容易穿透反射面，導(dǎo)致天線無(wú)法正常工作。

饋源100是天線系統(tǒng)的初級(jí)輻射器，用于將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電磁波。饋源100的一端連接至收發(fā)信機(jī)。在發(fā)射狀態(tài)，收發(fā)信機(jī)產(chǎn)生電信號(hào)，經(jīng)由波導(dǎo)管傳輸至饋源100的前端面。根據(jù)天線的類(lèi)型不同，饋源100 的前端面產(chǎn)生的電磁波直接輻射至反射面200，或者經(jīng)由副反射面反射至反射面200，然后經(jīng)由反射面200向空間輻射。在拋物面天線中，饋源100發(fā)射的球面波經(jīng)拋物面的反射面200反射之后為變換成平面波，沿拋物面軸向輻射窄波束。在接收狀態(tài)，反射面200收集空間傳輸?shù)碾姶挪?。根?jù)天線的類(lèi)型不同，反射面200將電磁波直接匯聚至饋源100 的前端面，或者先匯聚至副反射面，然后由副反射面聚焦至饋源100的前端面，經(jīng)由波導(dǎo)管傳輸至收發(fā)信機(jī)并且轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。

與現(xiàn)有技術(shù)的天線系統(tǒng)不同，根據(jù)該實(shí)施例的天線系統(tǒng)的饋源100 從反射面200的焦點(diǎn)位置延伸到達(dá)反射面的背面，并且直接安裝在反射面200上。該天線系統(tǒng)1000的饋源100不需要附加的饋源支架，便于安裝和調(diào)試。

圖2和3分別示出根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的天線系統(tǒng)中使用的饋源的立體圖和截面圖。饋源100包括副反射面110、介質(zhì)頭120和波導(dǎo)管130。在該實(shí)施例中，波導(dǎo)管130作為初級(jí)輻射源，用于提供初級(jí)輻射的電磁波，副反射面100作為一次反射面，用于反射初級(jí)輻射的電磁波。如圖所示，波導(dǎo)管130包括在下部管壁上形成的橫向環(huán)132。因而，至少一部分波導(dǎo)管130構(gòu)成波紋管。

副反射面110包括由一組圓環(huán)形金屬齒構(gòu)成的高阻抗表面。副反射面110的前端面111為大致平整的圓形，后端面包括外邊緣的齒狀區(qū)112 和中間的錐體區(qū)113。副反射面110的表面阻抗與齒狀區(qū)112的齒深度相關(guān)。因此，副反射面110的尺寸與形狀將影響反射電磁波幅度與相位的空間分布。副反射面110的各部分尺寸可以通過(guò)遺傳算法優(yōu)化得到。副反射面110所用材料例如為鋁。

介質(zhì)頭120在結(jié)構(gòu)上起支撐和連接副反射面110和波導(dǎo)管130的作用。在電性能上也將影響?zhàn)佋吹鸟v波、主極化與交叉極化分量的幅度和相位方向圖。介質(zhì)頭120的前端面121為錐孔區(qū)，與副反射面110的錐體區(qū)113相匹配。介質(zhì)頭120的后端插入波導(dǎo)管130的中心孔中。進(jìn)一步地，介質(zhì)頭120的后端面122包括多個(gè)直徑不同的圓孔，從后端面122 開(kāi)始，多個(gè)圓孔連續(xù)貫通，并且直徑逐漸減小，形成盲孔。所述多個(gè)圓孔起到阻抗匹配的作用?？椎闹睆胶烷L(zhǎng)度可以通過(guò)遺傳算法優(yōu)化得到。介質(zhì)頭120由介電常數(shù)穩(wěn)定、低損耗、機(jī)械性能良好的實(shí)心介質(zhì)材料構(gòu)成。例如，介質(zhì)頭120可以由選自陶瓷、FR4、F4B(聚四氟乙烯)、 HDPE(高密度聚乙烯，High Density Polyethylene)、ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)中的一種材料組成。

波導(dǎo)管130在天線系統(tǒng)中起到初級(jí)輻射源的作用。波導(dǎo)管130的形狀為中空?qǐng)A管，包括管壁131及其圍繞的中心孔。波導(dǎo)管130的前端135 包括開(kāi)口，使得介質(zhì)頭120的后端可以插入波導(dǎo)管130的中心孔中。波導(dǎo)管130的后端134包括開(kāi)口，從而可以與收發(fā)信機(jī)相連接。盡管未示出，然而，波導(dǎo)管130的后端134還可以包括附加的法蘭，用于將波導(dǎo)管130固定在反射面200上。波導(dǎo)管130所用的材料例如為鋁，并且可以是金屬成型件。

與現(xiàn)有技術(shù)的饋源不同，根據(jù)該實(shí)施例的饋源100中，波導(dǎo)管130 還包括在下部管壁上形成的多個(gè)橫向環(huán)132。因而，至少一部分波導(dǎo)管130構(gòu)成波紋管。所述多個(gè)橫向環(huán)132間隔開(kāi)預(yù)定距離。在該實(shí)施例中，所述多個(gè)橫向環(huán)132與波導(dǎo)管130的管壁131整體形成。在替代的實(shí)施例中，所述多個(gè)橫向環(huán)132是獨(dú)立形成的部分，并且利用螺釘或焊接等方式固定在波導(dǎo)管130的管壁131上。所述多個(gè)橫向環(huán)132用于降低表面波，從而可以提高電磁波的傳輸效率，以及避免波導(dǎo)管130與反射面 120安裝在一起時(shí)對(duì)電磁波的傳輸效率的不利影響。

優(yōu)選地，波導(dǎo)管130的中心孔的尺寸大致恒定，管壁131的厚度從其前端至后端逐漸增加。該結(jié)構(gòu)有利于減輕波導(dǎo)管的自重，同時(shí)為整個(gè)饋源提供足夠的機(jī)械支撐作用。

圖4和5分別示出圖2所示的饋源在不同頻率下的方向圖仿真結(jié)果，其中分別示出工作頻率為12.5GHz和14.25GHz的情形下沿不同方向的增益。如圖4及圖5所示，在工作頻率為12.5Ghz及14.25GHz的情形下，方向圖0°方向有明顯的凹陷，從而降低了副反射面對(duì)主反射面反射電磁波的遮擋。根據(jù)該實(shí)施例的饋源在波導(dǎo)管的下部添加橫向環(huán)用于降低表面波，從而使得饋源的方向圖在0°方向增益減小，從而提高饋源反射面天線的整體增益，減小了第一旁瓣和遠(yuǎn)場(chǎng)旁瓣。該饋源還可以降低交叉極化水平，以及實(shí)現(xiàn)較寬的頻帶。

應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類(lèi)的關(guān)系術(shù)語(yǔ)僅僅用來(lái)將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開(kāi)來(lái)，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒(méi)有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒(méi)有更多限制的情況下，由語(yǔ)句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

最后應(yīng)說(shuō)明的是：顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型所作的舉例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之中。