一种新型宽频带双极化馈源的设计-设计应用

精品文档-下载后可编辑一种新型宽频带双极化馈源的设计-设计应用摘要：高效率的宽频带馈源可以大大减少馈源数量，减小天线口径，在天线工程中应用很广。采用正方形振子形式设计的新型宽频带双极化馈源，与传统馈源相比，该馈源具有频带宽、体积小以及波束等化好等优点。首先给出了这种馈源的几何结构和腔体理论分析，并对这种馈源反射腔的几种不同结构形式进行了对比分析，分析结果表明采用圆形反射腔形式是选择。对比仿真分析和理论计算结果，两者非常吻合，验证了理论分析的正确性。

0引言

由于天文观测的特殊需求，迫切需要高性能、小型化的宽频带馈源，以实现馈源阵的紧密排列，并保证系统具有优良的信噪比性能。对于具有反射腔的振子馈源，增加振子的宽度能够达到展宽频带的目的。通过选择形状不同于常规振子的新型振子，根据频率及频带宽带要求优化振子尺寸及间距等参数，选择的馈电方式，终设计出满足宽带要求的高性能馈源。

1新型馈源提出

根据某工程需要，观测频率初步设定为0.5~1.2GHz，天线方案选为柱形抛物面天线，馈源为半波长间距的线阵，柱形抛物面的焦径比f/D选为0.4。传统馈源由于其频带窄、尺寸大且波束等化不好等因素不能满足设计要求，基于此提出了一种新型宽频带馈源，通过将振子形状设计为正方形以限度的展宽频带，其尺寸约为0.33λc(λc为中心频率所对应的波长)，该设计能满足宽频带、小型化的需求。对2个振子分别交叉馈电能满足双极化的要求，该馈源的结构示意图如图1所示。

图1新型馈源结构外形图

2理论分析

腔体中的场是波导模Fourier变换的和，腔体敞开端的绕射和耦合效应可忽略不计。在开口腔体辐射器的理论分析中，波导激励理论用来计算由腔体激励器激励的标准模。接着由孔径场计算辐射场。

第q个模的孔径场Eθq和Hφq产生的总辐射场(Erq)由下式得到：

式中：

式中：

式中，是包围电流源Ja的体积分，是腔体截面(CS)上的面积分。

式中，ζ0和Zq分别是自由空间和第q个波导模的波阻抗，第q个TE或TM波导模的特征值是kcq。

3反射板结构和主要参数确定

不同反射板结构对馈源辐射性能影响很大，对反射板加扼流槽结构、反射板加正方形腔结构以及圆形反射腔结构等3种不同结构的辐射性能进行了比较，并针对圆形反射腔结构分析了不同参数对辐射性能的影响。

3.1不同反射板结构辐射性能比较

分别对3种不同结构的反射板辐射性能进行了分析和比较。

(1)反射板加扼流槽结构。

在反射板边缘加直线状扼流槽，此种结构仿真所得的结果与分析计算结果相近，对频带内的方向图进行了计算，中心频点的辐射方向图如图2所示。

从图2可以看出在中心频点得到的方向图E、H面等化效果不好,H面10dB波束宽度太宽，作为馈源使用漏失也比较严重。

图2反射板加扼流槽时的方向图

(2)反射板加正方形腔结构。

在反射板边缘加正方形腔，此种结构仿真所得的结果与分析计算结果相近，对频带内的方向图进行了计算，在中心频点的结果如图3所示。

图3反射板加正方形腔时的方向图

图中可以看出在中心频点得到的方向图E、H面等化效果不好，H面10dB波束宽度太宽，作为馈源使用漏失也比较严重。

(3)圆形反射腔结构。

反射板采用圆形反射腔形式，通过仿真得出的方向图结果和计算分析得出的结果吻合较好，在中心频点的结果如图4所示。

图4圆形反射腔时的方向图

根据上述结果，图4中的圆形反射腔形式较前2种有较好的方向图等化特性，得到的仿真结果也和实际要求结果相近。

32不同参数对辐射特性的影响

根据上面得到的结论，对反射板采用圆形反射腔时的情况进行了深入分析。

(1)反射腔半径的影响。

对反射腔半径的情况进行了仿真分析，部分结果如表1所示。

表1不同腔半径的影响

从表1数据可以看出，腔半径为130mm时部分频率点10dB波束宽度太宽，腔半径为140mm时与理想结果相近，选为150mm时，部分频点10dB波束宽度太窄，综合上述分析，终选择腔半径为140mm。

(2)反射腔高度的影响。

对反射腔高度选为60mm、70mm和75mm的情况进行了仿真分析，部分仿真结果如表2所示。

表2不同腔高度的影响

从表2可以看出，腔高度选为60mm时，其E面、H面不等化问题严重，选为70mm得到的结果相对会好一些，并且腔高度选的比振子高度越低，其电压驻波比调整余量越大，因此从工程实际和仿真结果2个方面考虑，选择腔高度为70mm。

还通过仿真分析了振子间距对辐射特性的影响，振子间距对其影响不大，其影响主要体现在对电压驻波比的影响上，当振子间距选为10mm时有较好的驻波比。

4仿真和理论计算对比

综合上述不同参数对辐射特性的影响，选取振子边长为55.65mm,振子与反射腔间距为1/4c=86.6mm，腔半径为140mm，腔高度为70mm，振子间距为10mm,通过仿真分析和理论计算得到的中心频率的方向图如图5所示。

从图5可以看出理论计算得到的结果和仿真分析吻合得很好，验证了理论分析的正确性。

图5理论和仿真辐射方向图

5结束语

宽频带