寬帶超寬帶天線課件

雙極化喇叭天線雙極化喇叭天線1雙極化喇叭天線前言天線介紹天線設(shè)計電性能測量結(jié)果開放邊界雙極化喇叭天線簡介

雙極化喇叭天線前言2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，需要多個天線才能覆蓋。外場使用很不方便，為了解決這個問題，我們開展了寬帶雙極化喇叭天線的試制工作。雙極化喇叭天線前言：32-18GHZ雙極化喇叭天線天線介紹：天線有兩個輸入端，具有瞬時提供垂直極化，水平極化的能力。適用于機載、艦載無源探測系統(tǒng)。還適用于實驗室設(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：0.8kg2-18GHZ雙極化喇叭天線天線介紹：4天線設(shè)計a、四脊波導參數(shù)選擇b、喇叭張開部分脊的設(shè)計c、背腔設(shè)計d、電性能測量結(jié)果

天線設(shè)計a、四脊波導參數(shù)選擇52-18GHZ雙極化喇叭照片2-18GHZ雙極化喇叭照片6四脊波導結(jié)構(gòu)圖四脊波導結(jié)構(gòu)圖7四脊波導參數(shù)選擇四脊波導的結(jié)構(gòu)如圖所示：它可以近似看成兩個b/a=1的雙脊波導組合而成這樣就可以利用有關(guān)脊波導的設(shè)計曲線b/a=1的雙脊波導又可看成由兩個b/a=0.5de單脊波導構(gòu)成。令雙脊波導的特性阻抗為60Ω，那么單脊波導的特性阻抗即為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。由於四脊波導是方形的，故b=34mm四脊波導參數(shù)選擇四脊波導的結(jié)構(gòu)如圖所示：它可以近似看成兩個b8四脊波導參數(shù)選擇由於激勵點選在波導的中心，并且還加有一段直波導作為濾除激勵出來的TE20模，因此雙脊波導的可用帶寬應(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必須采用擴頻技術(shù)和補償技術(shù)。四脊波導參數(shù)選擇由於激勵點選在波導的中心，并且還加有一段直波9四脊波導參數(shù)選擇還應(yīng)該指出的是這組數(shù)據(jù)對應(yīng)脊為平頂?shù)那闆r，而實際的脊是削成尖頂?shù)?，這只要是為了保證四脊之間的裝配間隙，從而擴大了脊間的耦合面積。實驗表明這種結(jié)構(gòu)有利于高次模的抑制，和高頻段的擴頻。因此最終的設(shè)計數(shù)據(jù)需由仿真實驗最后確定。四脊波導參數(shù)選擇還應(yīng)該指出的是這組數(shù)據(jù)對應(yīng)脊為平頂?shù)那闆r，而10單脊波導特性阻抗單脊波導特性阻抗11雙脊波導TE10模截止波長雙脊波導TE10模截止波長12雙脊波導TE30模截止波長雙脊波導TE30模截止波長13喇叭張開部分脊的設(shè)計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波長。這樣在最高工作頻率上，即為幾個波長，這意味著在口徑上會出現(xiàn)相當大的相位差，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，但這兩種方法都局限性。我們采用特殊設(shè)計的脊和適當?shù)难a償措施，較好的解決了這個問題。由實驗確定的脊的曲線，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。喇叭張開部分脊的設(shè)計喇叭部分的脊按指數(shù)形式逐漸張開，終端彎曲14喇叭張開部分脊的設(shè)計喇叭張開部分脊的設(shè)計15喇叭張開部分脊的設(shè)計展開，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坐標是沿著天線中心線的軸向距離，Y坐標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，起著擴頻補償作用并有助于低。頻段駐波改善和高頻段高次模的抑制。喇叭張開部分脊的設(shè)計展開，三段是終端，它依照大角度彎曲終結(jié)在16背腔的設(shè)計(1)背腔的設(shè)計(1)17背腔的設(shè)計(1)天線的同軸—脊波導的變換器與同軸—普通波導的變換器，在主要方面是相同的，所不同的是阻抗不同。這二種設(shè)計中同軸線的外導體都連接在波導的寬邊上，內(nèi)導體都延伸到波導內(nèi)形成單極的輻射器，由于普通波導的阻抗遠大于同軸線的阻抗，因而內(nèi)導體必須終結(jié)在遠離波導壁的地方，以便防止失配。而脊波導的阻抗與同軸線的阻抗相一致，所以同軸線的內(nèi)導體必須接在相對的脊上以利匹配。背腔的設(shè)計(1)天線的同軸—脊波導的變換器與同軸—普通波導的18背腔的設(shè)計(1)同軸脊波導的設(shè)計關(guān)鍵是背腔的設(shè)計，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，由單脊波導特性阻抗曲線可查得，兩脊之間的間距為d/b=0.4，當b=34mm時，可求的d=13.6mm。背腔的設(shè)計(1)同軸脊波導的設(shè)計關(guān)鍵是背腔的設(shè)計，正如圖中所19背腔的設(shè)計(2)

四脊波導采用2個端口饋電，一端口的激勵探針距短路板的距離相當于工作頻段高端的1/4波長。約4.2mm。二端口激勵探針與一端口的激勵探針正交二者相距1.5mm。初始設(shè)計數(shù)據(jù)確定以后，建模進行仿真，優(yōu)化后確定最后的設(shè)計數(shù)據(jù)。試驗中發(fā)現(xiàn)由于二端口探針離短路板的距離比一端口遠，再加上脊間的耦合影響駐波特性不易調(diào)好，通過試驗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。背腔的設(shè)計(2)四脊波導采用2個端口饋電，一端口的激勵探20背腔的設(shè)計(2)背腔的設(shè)計(2)21電性能測量我們對設(shè)計的雙極化喇叭特性進行了電性能測量，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。對高次模的抑制采取了3項措施：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。電性能測量我們對設(shè)計的雙極化喇叭特性進行了電性能測量，天線的22四脊喇叭天線駐波特性

（1端口）四脊喇叭天線駐波特性

（1端口）23四脊喇叭天線駐波特性（2端口）四脊喇叭天線駐波特性（2端口）24端口間的隔離特性端口間的隔離特性251端口輻射圖(1)1端口輻射圖(1)261端口輻射圖(2)1端口輻射圖(2)271端口輻射圖(3)1端口輻射圖(3)281端口輻射圖(4)1端口輻射圖(4)291端口輻射圖(5)1端口輻射圖(5)302端口輻射圖(1)2端口輻射圖(1)312端口輻射圖(2)2端口輻射圖(2)322端口輻射圖(3)2端口輻射圖(3)332端口輻射圖(4)2端口輻射圖(4)34雙極化喇叭天線的最新發(fā)展

開放邊界雙極化喇叭天線雙極化喇叭天線的最新發(fā)展

開放邊界35雙極化喇叭天線雙極化喇叭天線36雙極化喇叭天線前言天線介紹天線設(shè)計電性能測量結(jié)果開放邊界雙極化喇叭天線簡介

雙極化喇叭天線前言37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，需要多個天線才能覆蓋。外場使用很不方便，為了解決這個問題，我們開展了寬帶雙極化喇叭天線的試制工作。雙極化喇叭天線前言：382-18GHZ雙極化喇叭天線天線介紹：天線有兩個輸入端，具有瞬時提供垂直極化，水平極化的能力。適用于機載、艦載無源探測系統(tǒng)。還適用于實驗室設(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：0.8kg2-18GHZ雙極化喇叭天線天線介紹：39天線設(shè)計a、四脊波導參數(shù)選擇b、喇叭張開部分脊的設(shè)計c、背腔設(shè)計d、電性能測量結(jié)果

天線設(shè)計a、四脊波導參數(shù)選擇402-18GHZ雙極化喇叭照片2-18GHZ雙極化喇叭照片41四脊波導結(jié)構(gòu)圖四脊波導結(jié)構(gòu)圖42四脊波導參數(shù)選擇四脊波導的結(jié)構(gòu)如圖所示：它可以近似看成兩個b/a=1的雙脊波導組合而成這樣就可以利用有關(guān)脊波導的設(shè)計曲線b/a=1的雙脊波導又可看成由兩個b/a=0.5de單脊波導構(gòu)成。令雙脊波導的特性阻抗為60Ω，那么單脊波導的特性阻抗即為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。由於四脊波導是方形的，故b=34mm四脊波導參數(shù)選擇四脊波導的結(jié)構(gòu)如圖所示：它可以近似看成兩個b43四脊波導參數(shù)選擇由於激勵點選在波導的中心，并且還加有一段直波導作為濾除激勵出來的TE20模，因此雙脊波導的可用帶寬應(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必須采用擴頻技術(shù)和補償技術(shù)。四脊波導參數(shù)選擇由於激勵點選在波導的中心，并且還加有一段直波44四脊波導參數(shù)選擇還應(yīng)該指出的是這組數(shù)據(jù)對應(yīng)脊為平頂?shù)那闆r，而實際的脊是削成尖頂?shù)模@只要是為了保證四脊之間的裝配間隙，從而擴大了脊間的耦合面積。實驗表明這種結(jié)構(gòu)有利于高次模的抑制，和高頻段的擴頻。因此最終的設(shè)計數(shù)據(jù)需由仿真實驗最后確定。四脊波導參數(shù)選擇還應(yīng)該指出的是這組數(shù)據(jù)對應(yīng)脊為平頂?shù)那闆r，而45單脊波導特性阻抗單脊波導特性阻抗46雙脊波導TE10模截止波長雙脊波導TE10模截止波長47雙脊波導TE30模截止波長雙脊波導TE30模截止波長48喇叭張開部分脊的設(shè)計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波長。這樣在最高工作頻率上，即為幾個波長，這意味著在口徑上會出現(xiàn)相當大的相位差，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，但這兩種方法都局限性。我們采用特殊設(shè)計的脊和適當?shù)难a償措施，較好的解決了這個問題。由實驗確定的脊的曲線，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。喇叭張開部分脊的設(shè)計喇叭部分的脊按指數(shù)形式逐漸張開，終端彎曲49喇叭張開部分脊的設(shè)計喇叭張開部分脊的設(shè)計50喇叭張開部分脊的設(shè)計展開，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坐標是沿著天線中心線的軸向距離，Y坐標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，起著擴頻補償作用并有助于低。頻段駐波改善和高頻段高次模的抑制。喇叭張開部分脊的設(shè)計展開，三段是終端，它依照大角度彎曲終結(jié)在51背腔的設(shè)計(1)背腔的設(shè)計(1)52背腔的設(shè)計(1)天線的同軸—脊波導的變換器與同軸—普通波導的變換器，在主要方面是相同的，所不同的是阻抗不同。這二種設(shè)計中同軸線的外導體都連接在波導的寬邊上，內(nèi)導體都延伸到波導內(nèi)形成單極的輻射器，由于普通波導的阻抗遠大于同軸線的阻抗，因而內(nèi)導體必須終結(jié)在遠離波導壁的地方，以便防止失配。而脊波導的阻抗與同軸線的阻抗相一致，所以同軸線的內(nèi)導體必須接在相對的脊上以利匹配。背腔的設(shè)計(1)天線的同軸—脊波導的變換器與同軸—普通波導的53背腔的設(shè)計(1)同軸脊波導的設(shè)計關(guān)鍵是背腔的設(shè)計，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，由單脊波導特性阻抗曲線可查得，兩脊之間的間距為d/b=0.4，當b=34mm時，可求的d=13.6mm。背腔的設(shè)計(1)同軸脊波導的設(shè)計關(guān)鍵是背腔的設(shè)計，正如圖中所54背腔的設(shè)計(2)

四脊波導采用2個端口饋電，一端口的激勵探針距短路板的距離相當于工作頻段高端的1/4波長。約4.2mm。二端口激勵探針與一端口的激勵探針正交二者相距1.5mm。初始設(shè)計數(shù)據(jù)確定以后，建模進行仿真，優(yōu)化后確定最后的設(shè)計數(shù)據(jù)。試驗中發(fā)現(xiàn)由于二端口探針離短路板的距離比一端口遠，再加上脊間的耦合影響駐波特性不易調(diào)好，通過試驗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。背腔的設(shè)計(2)四脊波導采用2個端口饋電，一端口的激勵探55背腔的設(shè)計(2)背腔的設(shè)計(2)56電