宽带超宽带天线

双极化喇叭天线双极化喇叭天线前言天线介绍天线设计电性能测量结果开放边界双极化喇叭天线简介双极化喇叭天线前言：电子侦察设备所使用的平面螺旋天线，是频率宽开的，而地面的检测设备使用喇叭天线。它一般频带比较窄，需要多个天线才能覆盖。外场使用很不方便，为了解决这个问题，我们开展了宽带双极化喇叭天线的试制工作。2-18GHZ双极化喇叭天线天线介绍：天线有两个输入端，具有瞬时提供垂直极化，水平极化的能力。适用于机载、舰载无源探测系统。还适用于实验室设备和外场检测设备。工作频段：2-18GHz驻波：3.5增益：〉6dB隔离〉15dB功率处理能力：1W尺寸：140×140×345mm重量：0.8kg天线设计a、四脊波导参数选择b、喇叭张开部分脊的设计c、背腔设计d、电性能测量结果2-18GHZ双极化喇叭照片四脊波导结构图四脊波导参数选择四脊波导的结构如图所示：它可以近似看成两个b/a=1的双脊波导组合而成这样就可以利用有关脊波导的设计曲线b/a=1的双脊波导又可看成由两个b/a=0.5de单脊波导构成。令双脊波导的特性阻抗为60Ω，那么单脊波导的特性阻抗即为30Ω。由图的曲线上可查得b2/b1=0.03，s/a=0.17而b=2b1，d=2b2所以d/b=0.06，s/a=0.17根据此参数，可由图查得TE10模的截止波长λc10/a=4.75令频率低端的截止频率为1900MHZ截止波长为157.9mm从而求得a=33.24mm我们取a=34mm。由於四脊波导是方形的，故b=34mm四脊波导参数选择由於激励点选在波导的中心，并且还加有一段直波导作为滤除激励出来的TE20模，因此双脊波导的可用带宽应是TE10模与TE30模之比。由图可查的TE30模的λc30/a=0.79，从而算的Fc10=11.2GHZ.计算结果表明该组数据只能工作到12GHZ左右，要想工作到18GHZ必须采用扩频技术和补偿技术。四脊波导参数选择还应该指出的是这组数据对应脊为平顶的情况，而实际的脊是削成尖顶的，这只要是为了保证四脊之间的装配间隙，从而扩大了脊间的耦合面积。实验表明这种结构有利于高次模的抑制，和高频段的扩频。因此最终的设计数据需由仿真实验最后确定。单脊波导特性阻抗双脊波导TE10模截止波长双脊波导TE30模截止波长喇叭张开部分脊的设计喇叭部分的脊按指数形式逐渐张开，终端弯曲终结在喇叭口的侧壁上，为了保证TE10模的传播，喇叭在H面上的宽度必须大于最低工作频率的半个波长。这样在最高工作频率上，即为几个波长，这意味着在口径上会出现相当大的相位差，要想保持口径面上相位差最小，要么喇叭做的特别长，要么加透镜校准，但这两种方法都局限性。我们采用特殊设计的脊和适当的补偿措施，较好的解决了这个问题。由实验确定的脊的曲线，分为3段。一段为直线段，它依照一度左右的张角张开。二段是曲线按照方程0.008730.78765100.02xyx展开，三段是终端，它依照大角度弯曲终结在喇叭口上。喇叭张开部分脊的设计喇叭张开部分脊的设计展开，三段是终端，它依照大角度弯曲终结在喇叭口上。上式中的：X坐标是沿着天线中心线的轴向距离，Y坐标是沿着天线的中心线到脊表面的垂直距离。0.02X是附加的线性变化，起着扩频补偿作用并有助于低。频段驻波改善和高频段高次模的抑制。背腔的设计(1)背腔的设计(1)天线的同轴—脊波导的变换器与同轴—普通波导的变换器，在主要方面是相同的，所不同的是阻抗不同。这二种设计中同轴线的外导体都连接在波导的宽边上，内导体都延伸到波导内形成单极的辐射器，由于普通波导的阻抗远大于同轴线的阻抗，因而内导体必须终结在远离波导壁的地方，以便防止失配。而脊波导的阻抗与同轴线的阻抗相一致，所以同轴线的内导体必须接在相对的脊上以利匹配。背腔的设计(1)同轴脊波导的设计关键是背腔的设计，正如图中所看到的那样背腔是通过减少短路段脊的高度形成台阶，加上短路板构成腔体结构。一般选择短路段的阻抗与脊波导的特性阻抗之比为4～6。若取特性阻抗为250欧姆，令s/a=0.2时，由单脊波导特性阻抗曲线可查得，两脊之间的间距为d/b=0.4，当b=34mm时，可求的d=13.6mm。背腔的设计(2)四脊波导采用2个端口馈电，一端口的激励探针距短路板的距离相当于工作频段高端的1/4波长。约4.2mm。二端口激励探针与一端口的激励探针正交二者相距1.5mm。初始设计数据确定以后，建模进行仿真，优化后确定最后的设计数据。试验中发现由于二端口探针离短路板的距离比一端口远，再加上脊间的耦合影响驻波特性不易调好，通过试验摸索采用把脊的后端切角和在短路板中央挖槽等办法，取得了较好的效果。背腔的设计(2)电性能测量我们对设计的双极化喇叭特性进行了电性能测量，天线的驻波特性在3.5以内。两端口之间的隔离在2-12GHz频段范围内，﹥20dB。在12-18GHz频段范围内，﹥15dB。从测得的辐射图来看，15GHz以前高次模抑制的比较好，15GHz以后逐渐存在高次模的影响。对高次模的抑制采取了3项措施：1、是增加脊间耦合。2、是在脊上附加线性变化。3、是背腔设计。四脊喇叭天线驻波特性（1端口）四脊喇叭天线驻波特性（2端口）端口间的隔离特性1端口辐射图(1)1端口辐射图(2)1端口辐射图(3)1端口辐射图(4)1端口辐射图(5)2端口辐射图(1)2端口辐射图(2)2端口辐射图(3)2端口辐射图(4)双极化喇叭天线的最新发展开放边界双极化喇叭天线