双极化喇叭天线.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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,60,，那么单脊波导的特性阻抗即为,30,。由图的曲线上可查得,b,2,/b,1,=0.03,，,s/a=0.17,而,b=2b,1,，,d=2b,2,所以,d/b,=0.06,，,s/a=0.17,根据此参数，可由图查得,TE,10,模的截止波长,c,10,/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,TE,20,模，因此双脊波导的可用带宽应是,TE,10,模与,TE,30,模之比。由图可查的,TE,30,模的,c,30,/a=0.7,9,，从而算的,Fc,10,=11.,2,GHZ.,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,TE,10,模截止波长,双脊波导,TE,30,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,TE,10,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,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,