雙極化喇叭天線

雙極化喇叭天線第一頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期二雙極化喇叭天線前言天線介紹天線設(shè)計(jì)電性能測量結(jié)果開放邊界雙極化喇叭天線簡介

第二頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期二雙極化喇叭天線前言：電子偵察設(shè)備所使用的平面螺旋天線，是頻率寬開的，而地面的檢測設(shè)備使用喇叭天線。它一般頻帶比較窄，需要多個(gè)天線才能覆蓋。外場使用很不方便，為了解決這個(gè)問題，我們開展了寬帶雙極化喇叭天線的試制工作。第三頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期二2-18GHZ雙極化喇叭天線天線介紹：天線有兩個(gè)輸入端，具有瞬時(shí)提供垂直極化，水平極化的能力。適用于機(jī)載、艦載無源探測系統(tǒng)。還適用于實(shí)驗(yàn)室設(shè)備和外場檢測設(shè)備。工作頻段：2-18GHz駐波：3.5增益：〉6dB隔離

〉15dB功率處理能力：1W尺寸：140×140×345mm重量：0.8kg第四頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期二天線設(shè)計(jì)a、四脊波導(dǎo)參數(shù)選擇b、喇叭張開部分脊的設(shè)計(jì)c、背腔設(shè)計(jì)d、電性能測量結(jié)果

第五頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期二2-18GHZ雙極化喇叭照片第六頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期二四脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)圖第七頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期二四脊波導(dǎo)參數(shù)選擇四脊波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)如圖所示：它可以近似看成兩個(gè)b/a=1的雙脊波導(dǎo)組合而成這樣就可以利用有關(guān)脊波導(dǎo)的設(shè)計(jì)曲線b/a=1的雙脊波導(dǎo)又可看成由兩個(gè)b/a=0.5de單脊波導(dǎo)構(gòu)成。令雙脊波導(dǎo)的特性阻抗為60Ω，那么單脊波導(dǎo)的特性阻抗即為30Ω。由圖的曲線上可查得

b2/b1=0.03，s/a=0.17而b=2b1

，d=2b2

所以d/b=0.06，s/a=0.17根據(jù)此參數(shù)，可由圖查得TE10模的截止波長λc10/a=4.75令頻率低端的截止頻率為1900MHZ截止波長為157.9mm從而求得a=33.24mm我們?nèi)=34mm。由於四脊波導(dǎo)是方形的，故b=34mm第八頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期二四脊波導(dǎo)參數(shù)選擇由於激勵(lì)點(diǎn)選在波導(dǎo)的中心，并且還加有一段直波導(dǎo)作為濾除激勵(lì)出來的TE20模，因此雙脊波導(dǎo)的可用帶寬應(yīng)是TE10模與TE30模之比。由圖可查的TE30模的λc30/a=0.79，從而算的Fc10=11.2GHZ.計(jì)算結(jié)果表明該組數(shù)據(jù)只能工作到12GHZ左右，要想工作到18GHZ必須采用擴(kuò)頻技術(shù)和補(bǔ)償技術(shù)。第九頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期二四脊波導(dǎo)參數(shù)選擇還應(yīng)該指出的是這組數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)脊為平頂?shù)那闆r，而實(shí)際的脊是削成尖頂?shù)模@只要是為了保證四脊之間的裝配間隙，從而擴(kuò)大了脊間的耦合面積。實(shí)驗(yàn)表明這種結(jié)構(gòu)有利于高次模的抑制，和高頻段的擴(kuò)頻。因此最終的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)需由仿真實(shí)驗(yàn)最后確定。第十頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期二單脊波導(dǎo)特性阻抗第十一頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期二雙脊波導(dǎo)TE10模截止波長第十二頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期二雙脊波導(dǎo)TE30模截止波長第十三頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期二喇叭張開部分脊的設(shè)計(jì)喇叭部分的脊按指數(shù)形式逐漸張開，終端彎曲終結(jié)在喇叭口的側(cè)壁上，為了保證TE10模的傳播，喇叭在H面上的寬度必須大于最低工作頻率的半個(gè)波長。這樣在最高工作頻率上，即為幾個(gè)波長，這意味著在口徑上會(huì)出現(xiàn)相當(dāng)大的相位差，要想保持口徑面上相位差最小，要么喇叭做的特別長，要么加透鏡校準(zhǔn)，但這兩種方法都局限性。我們采用特殊設(shè)計(jì)的脊和適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償措施，較好的解決了這個(gè)問題。由實(shí)驗(yàn)確定的脊的曲線，分為3段。一段為直線段，它依照一度左右的張角張開。二段是曲線按照方程

展開，三段是終端，它依照大角度彎曲終結(jié)在喇叭口上。第十四頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期二喇叭張開部分脊的設(shè)計(jì)第十五頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期二喇叭張開部分脊的設(shè)計(jì)展開，三段是終端，它依照大角度彎曲終結(jié)在喇叭口上。上式中的：X坐標(biāo)是沿著天線中心線的軸向距離，Y坐標(biāo)是沿著天線的中心線到脊表面的垂直距離。0.02X是附加的線性變化，起著擴(kuò)頻補(bǔ)償作用并有助于低。頻段駐波改善和高頻段高次模的抑制。第十六頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期二背腔的設(shè)計(jì)(1)第十七頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期二背腔的設(shè)計(jì)(1)天線的同軸—脊波導(dǎo)的變換器與同軸—普通波導(dǎo)的變換器，在主要方面是相同的，所不同的是阻抗不同。這二種設(shè)計(jì)中同軸線的外導(dǎo)體都連接在波導(dǎo)的寬邊上，內(nèi)導(dǎo)體都延伸到波導(dǎo)內(nèi)形成單極的輻射器，由于普通波導(dǎo)的阻抗遠(yuǎn)大于同軸線的阻抗，因而內(nèi)導(dǎo)體必須終結(jié)在遠(yuǎn)離波導(dǎo)壁的地方，以便防止失配。而脊波導(dǎo)的阻抗與同軸線的阻抗相一致，所以同軸線的內(nèi)導(dǎo)體必須接在相對(duì)的脊上以利匹配。第十八頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期二背腔的設(shè)計(jì)(1)同軸脊波導(dǎo)的設(shè)計(jì)關(guān)鍵是背腔的設(shè)計(jì)，正如圖中所看到的那樣背腔是通過減少短路段脊的高度形成臺(tái)階，加上短路板構(gòu)成腔體結(jié)構(gòu)。一般選擇短路段的阻抗與脊波導(dǎo)的特性阻抗之比為4～6。若取特性阻抗為250歐姆，令s/a=0.2時(shí)，由單脊波導(dǎo)特性阻抗曲線可查得，兩脊之間的間距為d/b=0.4，當(dāng)b=34mm時(shí)，可求的d=13.6mm。第十九頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期二背腔的設(shè)計(jì)(2)

四脊波導(dǎo)采用2個(gè)端口饋電，一端口的激勵(lì)探針距短路板的距離相當(dāng)于工作頻段高端的1/4波長。約4.2mm。二端口激勵(lì)探針與一端口的激勵(lì)探針正交二者相距1.5mm。初始設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)確定以后，建模進(jìn)行仿真，優(yōu)化后確定最后的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)由于二端口探針離短路板的距離比一端口遠(yuǎn)，再加上脊間的耦合影響駐波特性不易調(diào)好，通過試驗(yàn)摸索采用把脊的后端切角和在短路板中央挖槽等辦法，取得了較好的效果。第二十頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期二背腔的設(shè)計(jì)(2)第二十一頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期二電性能測量我們對(duì)設(shè)計(jì)的雙極化喇叭特性進(jìn)行了電性能測量，天線的駐波特性在3.5以內(nèi)。兩端口之間的隔離在2-12GHz頻段范圍內(nèi)，﹥20dB。在12-18GHz頻段范圍內(nèi)，﹥15dB。從測得的輻射圖來看，15GHz以前高次模抑制的比較好，15GHz以后逐漸存在高次模的影響。對(duì)高次模的抑制采取了3項(xiàng)措施：1、是增加脊間耦合。2、是在脊上附加線性變化。3、是背腔設(shè)計(jì)。第二十二頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期二四脊喇叭天線駐波特性

（1端口）第二十三頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期二四脊喇叭天線駐波特性（2端口）第二十四頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期二端口間的隔離特性第二十五頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期二1端口輻射圖(1)第二十六頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期二1端口輻射圖(2)第二十七頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期二1端口輻射圖(3)第二十八頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期二1端口輻射圖(4)第二十九頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期二1端口輻射圖(5)第三十頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期二2端口輻射圖(1)第三十一頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期二2端口