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計電性能測量結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：電子偵察設備所使用的平面螺旋天線，是頻率寬開的，而地面的檢測設備使用喇叭天線。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。還適用于實驗室設備和外場檢測設備。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天線設計a、四脊波導參數選擇b、喇叭張開部分脊的設計c、背腔設計d、電性能測量結果

天線設計a、四脊波導參數選擇52-18GHZ雙極化喇叭照片2-18GHZ雙極化喇叭照片6四脊波導結構圖四脊波導結構圖7四脊波導參數選擇四脊波導的結構如圖所示：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脊波導的設計曲線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根據此參數，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我們取a=34mm。由於四脊波導是方形的，故b=34mm四脊波導參數選擇四脊波導的結構如圖所示：它可以近似看成兩個b8四脊波導參數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.計算結果表明該組數據只能工作到12GHZ左右，要想工作到18GHZ必須采用擴頻技術和補償技術。四脊波導參數選擇由於激勵點選在波導的中心，并且還加有一段直波9四脊波導參數選擇還應該指出的是這組數據對應脊為平頂的情況，而實際的脊是削成尖頂的，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。實驗表明這種結構有利于高次模的抑制，和高頻段的擴頻。因此最終的設計數據需由仿真實驗最后確定。四脊波導參數選擇還應該指出的是這組數據對應脊為平頂的情況，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計喇叭部分的脊按指數形式逐漸張開，終端彎曲終結在喇叭口的側壁上，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。我們采用特殊設計的脊和適當的補償措施，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在喇叭口上。喇叭張開部分脊的設計喇叭部分的脊按指數形式逐漸張開，終端彎曲14喇叭張開部分脊的設計喇叭張開部分脊的設計15喇叭張開部分脊的設計展開，三段是終端，它依照大角度彎曲終結在喇叭口上。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計展開，三段是終端，它依照大角度彎曲終結在16背腔的設計(1)背腔的設計(1)17背腔的設計(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。這二種設計中同軸線的外導體都連接在波導的寬邊上，內導體都延伸到波導內形成單極的輻射器，由于普通波導的阻抗遠大于同軸線的阻抗，因而內導體必須終結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，所以同軸線的內導體必須接在相對的脊上以利匹配。背腔的設計(1)天線的同軸—脊波導的變換器與同軸—普通波導的18背腔的設計(1)同軸脊波導的設計關鍵是背腔的設計，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，加上短路板構成腔體結構。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。背腔的設計(1)同軸脊波導的設計關鍵是背腔的設計，正如圖中所19背腔的設計(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。初始設計數據確定以后，建模進行仿真，優化后確定最后的設計數據。試驗中發現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背腔的設計(2)背腔的設計(2)21電性能測量我們對設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。兩端口之間的隔離在2-12GHz頻段范圍內，﹥20dB。在12-18GHz頻段范圍內，﹥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、是背腔設計。電性能測量我們對設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展

開放邊界雙極化喇叭天線雙極化喇叭天線的最新發展

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計電性能測量結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：電子偵察設備所使用的平面螺旋天線，是頻率寬開的，而地面的檢測設備使用喇叭天線。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。還適用于實驗室設備和外場檢測設備。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天線設計a、四脊波導參數選擇b、喇叭張開部分脊的設計c、背腔設計d、電性能測量結果

天線設計a、四脊波導參數選擇402-18GHZ雙極化喇叭照片2-18GHZ雙極化喇叭照片41四脊波導結構圖四脊波導結構圖42四脊波導參數選擇四脊波導的結構如圖所示：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脊波導的設計曲線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根據此參數，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我們取a=34mm。由於四脊波導是方形的，故b=34mm四脊波導參數選擇四脊波導的結構如圖所示：它可以近似看成兩個b43四脊波導參數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.計算結果表明該組數據只能工作到12GHZ左右，要想工作到18GHZ必須采用擴頻技術和補償技術。四脊波導參數選擇由於激勵點選在波導的中心，并且還加有一段直波44四脊波導參數選擇還應該指出的是這組數據對應脊為平頂的情況，而實際的脊是削成尖頂的，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。實驗表明這種結構有利于高次模的抑制，和高頻段的擴頻。因此最終的設計數據需由仿真實驗最后確定。四脊波導參數選擇還應該指出的是這組數據對應脊為平頂的情況，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計喇叭部分的脊按指數形式逐漸張開，終端彎曲終結在喇叭口的側壁上，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。我們采用特殊設計的脊和適當的補償措施，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在喇叭口上。喇叭張開部分脊的設計喇叭部分的脊按指數形式逐漸張開，終端彎曲49喇叭張開部分脊的設計喇叭張開部分脊的設計50喇叭張開部分脊的設計展開，三段是終端，它依照大角度彎曲終結在喇叭口上。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計展開，三段是終端，它依照大角度彎曲終結在51背腔的設計(1)背腔的設計(1)52背腔的設計(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。這二種設計中同軸線的外導體都連接在波導的寬邊上，內導體都延伸到波導內形成單極的輻射器，由于普通波導的阻抗遠大于同軸線的阻抗，因而內導體必須終結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，所以同軸線的內導體必須接在相對的脊上以利匹配。背腔的設計(1)天線的同軸—脊波導的變換器與同軸—普通波導的53背腔的設計(1)同軸脊波導的設計關鍵是背腔的設計，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，加上短路板構成腔體結構。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。背腔的設計(1)同軸脊波導的設計關鍵是背腔的設計，正如圖中所54背腔的設計(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。初始設計數據確定以后，建模進行仿真，優化后確定最后的設計數據。試驗中發現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背腔的設計(2)背腔的設計(2)56電