基于模轉換器出口導納設計雙槽深饋源

周建寨,史振起

(1.中國電子科技集團公司第五十四研究所,河北石家莊050081;2.河北太行機械工業有限公司,河北石家莊050000)

0 引言

波紋喇叭的模轉換器能夠將圓波導中的TE11模轉換為波紋波導中的HE11模,在模轉換器出口要求HE11模的導納在零附近,入口導納值則要趨于無窮大。利用雙槽深結構[5]能使喇叭工作于2個頻帶,雙槽結構的導納為2個槽導納的合成導納,模轉換器出口的合成導納在2個工作頻段之內在零附近,而在2個工作頻段之間的非工作頻段存在極值點,并且此時極值點靠近高工作頻段。根據雙槽深波紋喇叭模轉換器出口HE11模的導納隨頻率的變化特性設計出模轉換器入口的導納,模轉換器入口導納在2個工作頻帶內盡可能取大值,而合成導納的極值點應在2個工作頻帶之間的非工作頻帶內,此時極值點靠近低工作頻段。從模轉換段入口到出口,導納呈單調變化趨勢,合成導納的極值點由入口的頻點移動到出口的頻點。同時還根據模轉換器出口HE11模的導納隨頻率變化特性計算出模變換段后面各段HE11模的導納,使模轉換器后連接的各個槽的導納具有基本相同的值。這種導納分布的波紋饋源具有良好的駐波特性和旋轉對稱的輻射方向圖。CHAMP軟件仿真的結果證明,利用這種設計方法設計出雙頻段波紋喇叭具有良好的電氣特性。

1 雙槽深波紋喇叭的導納

雙槽深結構如圖1所示。

圖1 雙槽深波紋喇叭結構示意圖

環加載結構的波紋波導計算公式[2,3]為:

Bm為槽寬階躍變化引起的導納變化其計算公式參見文獻[2]和文獻[4]。

當圖1中d0=d1時,環加載波紋結構退化為直槽結構,Bm=0,其導納計算公式[1]為:

雙槽深波紋喇叭的合成導納的計算公式[1]為:

式中,y1、y2分別為相鄰2個槽的導納值。

2 模轉換器出口、入口及其后各槽的導納

2.1 模轉換器出口的導納

雙頻段饋源的工作頻帶一為F1L～F1H,且F1H∶F1L=1.184;工作頻段二為F2L～F2H,F2H∶F2L=1.58,并且F2L∶F1L=1.6。模轉換器出口的導納在零附近才能保證在上述2個頻段內HE11模實現平衡混合。經過優化設計,模轉換器出口的導納隨頻率變化的曲線如圖2所示。

圖2 模轉換器輸入/輸出口導納

由圖2中可看出波紋喇叭模轉換段輸出口合成導納在1.11F1L和2.08F1L時導納為零,實現平衡混合,在1.41F1L出現極值,即合成導納由+∞變化到-∞。

從模轉換器出口以后各槽的導納值應與圖2中的出口導納曲線相似,即合成導納的極值點在1.41F1L附近。

2.2 模轉換器入口的導納

根據模轉換器出口HE11模的導納隨頻率分布的特性,模轉換器入口HE11模的導納分布的極值點應在頻帶1的高端頻點和頻帶2的低端頻點,即在F1H～F2L之間。經過優化,模轉換器入口的導納曲線如圖2中的入口導納曲線所示。合成導納的極值點出現在1.14F1L,在F1H的導納為-11.55,應用了部分負導納。從模轉換器入口到模轉換器出口,合成導納的極值點從1.14F1L移動到1.41F1L,而2個工作頻段的導納值在此過程中均成單調降低趨勢。

3 仿真結果

用CHAMP仿真軟件對根據此方法設計的雙頻段波紋喇叭進行仿真驗證,F1L、F1H、F2L和F2H其4個頻點的方向圖仿真結果如圖3所示,F1L～F1H和F2L～F2H兩個頻段的回波損耗仿真結果分別如圖4所示。

當饋源對副反射面的照射角為22°,由圖3可知,最低頻點的照射電平為-8 dB,最高頻點的照射電平為-20 dB,反射面設計時饋源的照射電平為-15 dB,在整個頻帶內照射電平基本符?合設計要求。有圖4可看出,饋源的駐波均小于1.05。通過仿真結果可知饋源具有良好的電氣特性。

圖3 饋源輻射方向圖仿真結果

圖4 饋源電壓駐波比仿真結果

4 結束語

給出了根據波紋喇叭模轉換器導納隨頻率的分布特性設計模轉換器的入口導納,以及模轉換段出口以后的各槽導納,并且設計出了雙頻段波紋喇叭,通過CHAMP仿真結果分析可知這種基于模轉換器出口導納的設計方法是可行的。

[1]楊可忠,楊智友,章日榮.現代面天線新技術[M].北京:人民郵電出版社,1993.

[2]章日榮,楊可忠,陳木華.波紋喇叭[M].北京:人民郵電出版社,1988.

[3]CLARRICOATS P,OLVER A.Corrugated Horns for Microwave Antennas[M].UK:Peter Peregrinuts Ltd,1984.

[4]MARCUVITZN.WaveguideHandbook[M].UK:Peter Peregrinuts Ltd,1986.

[5]杜 彪,張文靜,楊可忠.一種新穎L/C雙頻段波紋喇叭模變換器[J].無線電工程,2007,37(3):39-40.