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双脊喇叭天线的设计

  对喇叭天线而言 ,最常用的展宽频带的要领是在波导部分及喇叭张开部分加入脊形结构 。虽然该天线已应用于某些工程现实中 ,可是此类天线在频率大于12GHz时 ,增益下降 ,偏向图主瓣泛起破碎 ,并且随着频率的升高 ,主瓣凹陷得越来越厉害 。这对偏向图要求高的场合 ,如将天线用作主反射面馈源、EMC测试 ,已不可知足要求 。针对这一问题 ,本文使用Ansoft公司推出的HFSS电磁仿真软件 ,通过做大宗的仿真实验 ,设计了一幅频率规模为118GHz的宽带喇叭天线 ,它的增益在整个频段大于10dB ,偏向图在15GHz时 ,主瓣才最先泛起破碎 ,并且随着频率的升高 ,直到18GHz主瓣也没有泛起大的凹陷 ,这样的效果较量理想 ,可以知足更高的工程要求 。

 

  1宽带双脊喇叭天线的设计

 

  基于电磁仿真软件HFSS ,通过做大宗的仿真实验 ,获得宽带双脊喇叭天线 ,它由3部分组成:馈电部分 ,脊波导部分 ,喇叭张开部分 。各部分的详细设计历程如下 。

 

  1.1脊波导部分设计

 

  脊波导部分的横截面示意图如图2所示 ,波导的横截面尺寸为a×6 ,脊宽为a1 ,脊间距为b1 ,设计时主要依据脊波导理论 。在设计时 ,首先确定b/a ,b1/b ,a1/a的值 ,然后参考文献[4]的曲线就可得λCE10/A匹 ,λCE30/a及频率为无限大时TE10模的特征阻抗z0∞的值 ,通过式(1)算出在给定事情频率f下的特征阻抗以便于馈电段的设计:

 

  为了改善馈电段到喇叭段的匹配 ,让它的横截面尺寸逐渐增大 ,以是这部分的整体结构设计成一个E面的扇形喇叭 ,再在两个窄壁面上加2个楔体以改善高频端的偏向图 。

 

  1.2馈电部分的设计

 

  馈电部分的结构示意图见图3 ,通常接纳N型同轴讨论馈电 ,同轴线的外导体连在波导的侧壁上 ,同轴线的内导体通过第一个脊的腔体 ,连到第二个脊上形成短路 ,内导体在波导腔内可看作一单极辐射器 ,由于通俗波导的阻抗远大于同轴线的阻抗 ,因此内导体必需终止在远离波导壁的地方 ,以避免失配 ,而脊波导的阻抗与同轴线的阻抗相一致 ,以是同轴线的内导体必需接在相对的脊上以利于匹配 。最后 ,再在脊波导的后端加一段直波导(长度应小于最高事情频率的半个波长) ,作为滤除被激励出来的TE20模 ,因此脊波导的可用带宽应是λc10/λc30 ,而不是λc10/λc20.显而易见 ,单模事情带宽被大大的加宽了 。

 

  1.3喇叭段的设计

 

  喇叭段的长度应大于最低事情频率波长的一半 ,这样才华包管阻抗转换历程中不激起高次模 。喇叭的口面凭证通例喇叭的设计要领 ,凭证增益与口径面相差的要求来确定 ,由于场漫衍主要集中在两个脊的周围 ,以是思量加工后现实喇叭的重量可以将两个窄壁面去掉 ,这样对低频端的偏向图稍有影响 ,经由重复的调解 ,最后两个窄壁面接纳介质板 ,并在其上匀称漫衍6条很窄的金属片 ,脊的形状凭证阻抗匹配原则设计 。为了使馈电点阻抗能够平滑的过渡到喇叭口自由空间阻抗 ,基于大宗的实验发明 ,阻抗变换形式为如下所示 ,具有较好的效果

 

  它可由喇叭中点的阻抗为两头阻抗的平均值这样的条件来确定 。因此脊结构的形状曲线一样平常也为指数形式 ,附加的线性项 ,可起到扩展低频带宽的作用 。

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