對(duì)喇叭天線而言，最常用的展寬頻帶的方法是在波導(dǎo)部分及喇叭張開(kāi)部分加入脊形結(jié)構(gòu)。雖然該天線已應(yīng)用于某些工程實(shí)際中，但是此類天線在頻率大于12GHz時(shí)，增益下降，方向圖主瓣出現(xiàn)分裂，并且隨著頻率的升高，主瓣凹陷得越來(lái)越厲害。這對(duì)方向圖要求高的場(chǎng)合，如將天線用作主反射面饋源、EMC測(cè)試，已不能滿足要求。針對(duì)這一問(wèn)題，本文利用Ansoft公司推出的HFSS電磁仿真軟件，通過(guò)做大量的仿真實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了一幅頻率范圍為1～18GHz的寬帶喇叭天線，它的增益在整個(gè)頻段大于10dB，方向圖在15GHz時(shí)，主瓣才開(kāi)始出現(xiàn)分裂，并且隨著頻率的升高，直到18GHz主瓣也沒(méi)有出現(xiàn)大的凹陷，這樣的結(jié)果比較理想，可以滿足更高的工程要求。1寬帶雙脊喇叭天線的設(shè)計(jì)基于電磁仿真軟件HFSS，通過(guò)做大量的仿真實(shí)驗(yàn)，得到寬帶雙脊喇叭天線結(jié)構(gòu)模型如圖1所示，它由3部分組成：饋電部分，脊波導(dǎo)部分，喇叭張開(kāi)部分。各部分的具體設(shè)計(jì)過(guò)程如下。
1.1脊波導(dǎo)部分設(shè)計(jì)脊波導(dǎo)部分的橫截面示意圖如圖2所示，波導(dǎo)的橫截面尺寸為a6，脊寬為a1，脊間距為b1，設(shè)計(jì)時(shí)主要依據(jù)脊波導(dǎo)理論。在設(shè)計(jì)時(shí)，首先確定b/a，b1/b，a1/a的值，然后參考文獻(xiàn)[4]的曲線就可得CE10/A匹，CE30/a及頻率為無(wú)窮大時(shí)TE10模的特性阻抗z0的值，通過(guò)式(1)算出在給定工作頻率f下的特性阻抗以便于饋電段的設(shè)計(jì)：
為了改善饋電段到喇叭段的匹配，讓它的橫截面尺寸逐漸增大，所以這部分的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成一個(gè)E面的扇形喇叭，再在兩個(gè)窄壁面上加2個(gè)楔體以改善高頻端的方向圖。
1.2饋電部分的設(shè)計(jì)饋電部分的結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖3，通常采用N型同軸接頭饋電，同軸線的外導(dǎo)體連在波導(dǎo)的側(cè)壁上，同軸線的內(nèi)導(dǎo)體通過(guò)第一個(gè)脊的腔體，連到第二個(gè)脊上形成短路，內(nèi)導(dǎo)體在波導(dǎo)腔內(nèi)可看作一單極輻射器，由于普通波導(dǎo)的阻抗遠(yuǎn)大于同軸線的阻抗，因此內(nèi)導(dǎo)體必須終止在遠(yuǎn)離波導(dǎo)壁的地方，以防止失配，而脊波導(dǎo)的阻抗與同軸線的阻抗相一致，所以同軸線的內(nèi)導(dǎo)體必須接在相對(duì)的脊上以利于匹配。最后，再在脊波導(dǎo)的后端加一段直波導(dǎo)(長(zhǎng)度應(yīng)小于最高工作頻率的半個(gè)波長(zhǎng))，作為濾除被激勵(lì)出來(lái)的TE20模，因此脊波導(dǎo)的可用帶寬應(yīng)是c10/c30，而不是c10/c20.顯而易見(jiàn)，單模工作帶寬被大大的加寬了。
1.3喇叭段的設(shè)計(jì)喇叭段的長(zhǎng)度應(yīng)大于最低工作頻率波長(zhǎng)的一半，這樣才能保證阻抗轉(zhuǎn)換過(guò)程中不激起高次模。喇叭的口面按照常規(guī)喇叭的設(shè)計(jì)方法，根據(jù)增益與口徑面相差的要求來(lái)確定，因?yàn)閳?chǎng)分布主要集中在兩個(gè)脊的附近，所以考慮加工后實(shí)際喇叭的重量可以將兩個(gè)窄壁面去掉，這樣對(duì)低頻端的方向圖稍有影響，經(jīng)過(guò)反復(fù)的調(diào)整，最后兩個(gè)窄壁面采用介質(zhì)板，并在其上均勻分布6條很窄的金屬片，脊的形狀根據(jù)阻抗匹配原則設(shè)計(jì)。為了使饋電點(diǎn)阻抗能夠平滑的過(guò)渡到喇叭口自由空間阻抗，基于大量的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，阻抗變換形式為如下所示，具有較好的效果
式中：l是喇叭段的長(zhǎng)度，k是常數(shù)，它可由喇叭中點(diǎn)的阻抗為兩端阻抗的平均值這樣的條件來(lái)確定。因此脊結(jié)構(gòu)的形狀曲線一般也為指數(shù)形式，如式(6)所示。附加的線性項(xiàng)，可起到擴(kuò)展低頻帶寬的作用。2雙脊喇叭天線的仿真按照上面雙脊喇叭天線的設(shè)計(jì)方法，利用電磁仿真軟件HFSS，此軟件擁有強(qiáng)大的天線設(shè)計(jì)功能，設(shè)計(jì)了1副1～18GHz的天線并加工成型，它的仿真結(jié)構(gòu)如圖1所示，其具體尺寸為：喇叭口面240mm139m

衛(wèi)星通信通常采用極化復(fù)用體制，因此衛(wèi)星通信系統(tǒng)對(duì)天線的極化隔離度的要求是很高的。饋源是衛(wèi)星通信天線的心臟，饋源極化隔離度的好壞直接影響到整個(gè)天線的極化隔離度特性。波紋喇叭具有交叉極化隔離度低、波束等化特性好、旁瓣低等優(yōu)點(diǎn)，特別適拋物面天線的饋源使用。1. 波紋喇叭的結(jié)構(gòu)波紋喇叭通常分為四分段：輸出張開(kāi)段（輻射段）、過(guò)渡段、模轉(zhuǎn)換段（又稱模轉(zhuǎn)換器）、輸入錐削段。如圖1所示。（1） 輻射段，主要決定波紋喇叭的主模HE11的主極化輻射特性。（2） 過(guò)渡段，主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出段與模轉(zhuǎn)換段之間的銜接，如張角變換、槽深變換、槽距變換等。（3） 模轉(zhuǎn)換段，模轉(zhuǎn)換段的主要功能就是把光壁圓波導(dǎo)的TE10模轉(zhuǎn)換成波紋波導(dǎo)的HE11模，而不會(huì)引起非需要模式的顯著激勵(lì)。特別是對(duì)于低頻段不要激起慢波EH11模，對(duì)于高頻段不要激勵(lì)起EH12模。這兩種模式都會(huì)引起波紋喇叭輻射場(chǎng)交叉極化分量的升高。（4） 輸入錐削段，輸入錐削段的功能是使模轉(zhuǎn)換器與光壁波導(dǎo)之間實(shí)現(xiàn)良好的匹配。 四段波紋喇叭的結(jié)構(gòu)  四段結(jié)構(gòu)方案在最高和最低頻率比為2 的頻帶內(nèi)可實(shí)現(xiàn)良好的電氣性能。 當(dāng)最高和最低頻率比小于1.75時(shí)，也可以使用兩端結(jié)構(gòu)，即只有模轉(zhuǎn)換段和輻射段。2. 模轉(zhuǎn)換器模轉(zhuǎn)換段的主要功能是把光壁圓波導(dǎo)的TE10模轉(zhuǎn)換成波紋波導(dǎo)的HE11模，抑制不需要的模式。常用模式變換器分為可變縫隙深度變換器、可變縫隙寬度變換器、環(huán)加載變換器三種類型。

本信息由八方通助手發(fā)布，八方通AI智能發(fā)布萬(wàn)條信息，千詞排名，上詞快，全自動(dòng)免人工。人工智能讓你我更專注，更聚焦！