寬邊縱縫波導(dǎo)縫隙陣功率容量提高PPT課件

1、寬邊縱縫波導(dǎo)縫隙陣功率容量提高寬邊縱縫波導(dǎo)縫隙陣功率容量提高中國(guó)工程物理研究院應(yīng)用電子學(xué)研究所中國(guó)工程物理研究院應(yīng)用電子學(xué)研究所 廖勇廖勇一、目錄一、目錄研究背景縫隙結(jié)構(gòu)仿真結(jié)果結(jié)果分析結(jié)論客戶輸入模型二、研究背景波導(dǎo)縫隙陣是高功率微波輻射天線的重要技術(shù)路線；波導(dǎo)縫隙陣是高功率微波輻射天線的重要技術(shù)路線；近年來行波陣列天線已被用于高功率微波輻射；近年來行波陣列天線已被用于高功率微波輻射；與駐波陣相比，行波陣據(jù)有功率容量大的優(yōu)點(diǎn)；與駐波陣相比，行波陣據(jù)有功率容量大的優(yōu)點(diǎn)；但行波陣具有下列缺點(diǎn)：但行波陣具有下列缺點(diǎn)： 輻射效率稍低；輻射效率稍低； 輻射主瓣偏離陣列法向方向；輻射主瓣偏離陣列法向方向

2、； 主瓣指向隨頻率變化。主瓣指向隨頻率變化。二、研究背景寬邊縱縫波導(dǎo)縫隙陣是常用的駐波陣；寬邊縱縫波導(dǎo)縫隙陣是常用的駐波陣；雖然波導(dǎo)縫隙陣的功率容量可由增大波導(dǎo)尺寸、加寬雖然波導(dǎo)縫隙陣的功率容量可由增大波導(dǎo)尺寸、加寬縫隙寬度、將波導(dǎo)中尖角結(jié)構(gòu)進(jìn)行倒圓以及避免電容縫隙寬度、將波導(dǎo)中尖角結(jié)構(gòu)進(jìn)行倒圓以及避免電容性天線窗結(jié)構(gòu)；性天線窗結(jié)構(gòu)；但而寬邊縱縫波導(dǎo)縫隙陣最大電場(chǎng)主要位于波導(dǎo)縫隙但而寬邊縱縫波導(dǎo)縫隙陣最大電場(chǎng)主要位于波導(dǎo)縫隙處，陣列波導(dǎo)腔內(nèi)功率容量主要由縫隙處的電場(chǎng)強(qiáng)度處，陣列波導(dǎo)腔內(nèi)功率容量主要由縫隙處的電場(chǎng)強(qiáng)度決定。決定。二、研究背景本文設(shè)計(jì)了三種寬邊縱縫結(jié)構(gòu)，本文設(shè)計(jì)了三種寬邊縱縫結(jié)構(gòu)，

3、本文以一本文以一9個(gè)縫隙的個(gè)縫隙的L波段寬邊縱縫波導(dǎo)縫隙陣為例，波段寬邊縱縫波導(dǎo)縫隙陣為例，采用采用HFSS電磁仿真軟件模擬計(jì)算三種縫隙結(jié)構(gòu)的陣電磁仿真軟件模擬計(jì)算三種縫隙結(jié)構(gòu)的陣列功率容量。列功率容量。二、縫隙結(jié)構(gòu)為了研究不同縫隙結(jié)構(gòu)的陣列功率容量，設(shè)計(jì)了一為了研究不同縫隙結(jié)構(gòu)的陣列功率容量，設(shè)計(jì)了一L L波波段（段（1.575GHz)1.575GHz)寬邊縱縫波導(dǎo)縫隙陣，如圖所示，陣寬邊縱縫波導(dǎo)縫隙陣，如圖所示，陣列有列有9 9個(gè)縫隙，縫隙交錯(cuò)分布在波導(dǎo)寬邊中軸線兩側(cè)。個(gè)縫隙，縫隙交錯(cuò)分布在波導(dǎo)寬邊中軸線兩側(cè)。相鄰縫隙間距為半波導(dǎo)波長(zhǎng)，波導(dǎo)末端縫隙距波導(dǎo)末相鄰縫隙間距為半波導(dǎo)波長(zhǎng)，波導(dǎo)末端

4、縫隙距波導(dǎo)末端距離為四分之一波導(dǎo)波長(zhǎng)。波導(dǎo)內(nèi)腔尺寸為端距離為四分之一波導(dǎo)波長(zhǎng)。波導(dǎo)內(nèi)腔尺寸為120mm120mm40mm40mm。二、縫隙結(jié)構(gòu)二、縫隙結(jié)構(gòu)矩形縫隙矩形縫隙端頭倒圓矩形縫隙端頭倒圓矩形縫隙橢圓形縫隙橢圓形縫隙所有縫隙壁倒圓所有縫隙壁倒圓三、仿真結(jié)果在固定波導(dǎo)結(jié)構(gòu)尺寸；在固定波導(dǎo)結(jié)構(gòu)尺寸；變化縫隙的寬度；變化縫隙的寬度；一定波導(dǎo)縫隙寬度，有一組與之匹配的優(yōu)化的縫隙長(zhǎng)度和一定波導(dǎo)縫隙寬度，有一組與之匹配的優(yōu)化的縫隙長(zhǎng)度和縫隙與波導(dǎo)寬邊軸線偏置量；縫隙與波導(dǎo)寬邊軸線偏置量；這一組縫隙結(jié)構(gòu)參數(shù)使陣列天線工作在工作頻率反射最小這一組縫隙結(jié)構(gòu)參數(shù)使陣列天線工作在工作頻率反射最小的駐波狀態(tài)（諧

5、振狀態(tài)）。的駐波狀態(tài)（諧振狀態(tài)）。三、仿真結(jié)果當(dāng)矩形縫隙寬度為當(dāng)矩形縫隙寬度為17.5mm（約（約0.09)時(shí)，得到最小的陣列時(shí)，得到最小的陣列矩形縫隙最大電場(chǎng)強(qiáng)度矩形縫隙最大電場(chǎng)強(qiáng)度3260V/m。矩形縫隙矩形縫隙01020304050300035004000450050005500600065007000Max electric field/(V/m)Width of slot/mm三、仿真結(jié)果當(dāng)端頭倒圓矩形縫隙寬度為當(dāng)端頭倒圓矩形縫隙寬度為12.5mm（約（約0.07)時(shí)，得到最時(shí)，得到最小的陣列端頭倒圓矩形縫隙最大電場(chǎng)強(qiáng)度為小的陣列端頭倒圓矩形縫隙最大電場(chǎng)強(qiáng)度為3064V/m。 端頭倒

6、圓矩形縫隙端頭倒圓矩形縫隙0102030405060300040005000600070008000Max electric field of array/(V/m)Width of slot/mm三、仿真結(jié)果三、仿真結(jié)果當(dāng)橢圓縫隙寬度為當(dāng)橢圓縫隙寬度為29mm（約（約0.15)時(shí)，得到最小的橢圓縫時(shí)，得到最小的橢圓縫隙最大電場(chǎng)強(qiáng)度為隙最大電場(chǎng)強(qiáng)度為2667V/m。橢圓縫隙橢圓縫隙01020304050602000300040005000600070008000Max electric field/(V/m)Width of slot/mm四、結(jié)果分析三種優(yōu)化后縫隙結(jié)構(gòu)的諧振長(zhǎng)度三種優(yōu)化后縫隙

7、結(jié)構(gòu)的諧振長(zhǎng)度其中橢圓縫隙的諧振長(zhǎng)度最長(zhǎng)（0.51）010203040506065707580859095100105Resonance length of slot/mmWidth of slot/mm ellipse slot rounded end rectangle slot rectangle slot四、結(jié)果分析當(dāng)縫隙寬度小于當(dāng)縫隙寬度小于25mm （約（約0.13)時(shí)，三種縫隙與波導(dǎo)寬邊中軸線時(shí)，三種縫隙與波導(dǎo)寬邊中軸線的偏移量基本一致，的偏移量基本一致，010203040506010121416182022242628Offset of slot to center of wa

8、veguide/mmWidth of slot/mm Rectangle slot Rounded end rectangle slot Ellipse slot四、結(jié)果分析縫隙電場(chǎng)分布，橢圓縫隙電場(chǎng)最小縫隙電場(chǎng)分布，橢圓縫隙電場(chǎng)最小020406080100500100015002000250030003500Electric field encountered at slot edge/(V/m)The length of slot edge near center of waveguide/mm Ellipse slot Rounded end rectangle slot Rectang

9、le slot四、結(jié)果分析縫隙中間倒圓波導(dǎo)壁電場(chǎng)分布，橢圓縫隙電場(chǎng)最小縫隙中間倒圓波導(dǎo)壁電場(chǎng)分布，橢圓縫隙電場(chǎng)最小012345100015002000250030003500Electric field associated to the edge of slot/(V/m)The length of rounded edge of slot/mm Rectangle slot Rounded end rectangle slot Ellipse slot四、結(jié)果分析對(duì)增益影響對(duì)增益影響0102030405015.916.016.116.216.316.416.516.6Gain/dBThe

10、width of slot/mm ellipse slot rounded end rectangle slot rectangle slot四、結(jié)果分析單個(gè)縫隙導(dǎo)納，單個(gè)縫隙導(dǎo)納，橢圓縫隙諧振長(zhǎng)度最長(zhǎng)橢圓縫隙諧振長(zhǎng)度最長(zhǎng):113.5mm99109119129139149-1000100200300Admitance/ ohmThe length of ellipse slot/mm conduction susceptance9095100105110-200-1000100200300400500600Admittance/ohmThe length of rounded end rect

11、angle slot/mm susceptance conductance90100110120-200-1000100200300400500600Admittance/ohmThe length of rectangle slot/mm susceptance conductance矩形縫隙矩形縫隙端頭導(dǎo)圓矩形縫隙端頭導(dǎo)圓矩形縫隙橢圓縫隙橢圓縫隙四、結(jié)果分析縫隙增寬，電納大于零，縫隙增寬，電納大于零，橢圓縫隙橢圓縫隙7080901001101201300100200300400500Admittance/ohmThe length of ellipse slot/mm suceptance

12、 conductanceslot width=35mm四、結(jié)果分析縫隙增寬，諧振破壞縫隙增寬，諧振破壞矩形縫隙矩形縫隙0510152025303540455055110112114116118Length of ellipse slot/mmWidth of ellipse slot/mm with susceptance be equal to zero with conductance be equal to peak value510152025309698100102104106Length of rounded end rectangle slot/mmWidth of rounde

13、d end rectangle slot/mm with suspcepance be equal zero with conductance be equal peak value510152025309092949698Length of rectangle slot/mmWidth of rectangle slot/mm with susceptance be equal to zero with conductance be equal to peak value橢圓縫隙橢圓縫隙端頭導(dǎo)圓縫隙端頭導(dǎo)圓縫隙四、結(jié)果分析三種具有最小電場(chǎng)強(qiáng)度的優(yōu)化縫隙結(jié)構(gòu)的面積分別為：三種具有最小電場(chǎng)強(qiáng)度的優(yōu)化縫隙