一種新型寬頻帶雙極化饋源的設(shè)計(jì)

摘 要：高效率的寬頻帶饋源可以大大減少饋源數(shù)量，減小天線口徑，在天線工程中應(yīng)用很廣。采用正方形振子形式設(shè)計(jì)的新型寬頻帶雙極化饋源，與傳統(tǒng)饋源相比，該饋源具有頻帶寬、體積小以及波束等化好等優(yōu)點(diǎn)。首先給出了這種饋源的幾何結(jié)構(gòu)和腔體理論分析，并對這種饋源反射腔的幾種不同結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了對比分析，分析結(jié)果表明采用圓形反射腔形式是最佳選擇。對比仿真分析和理論計(jì)算結(jié)果，兩者非常吻合，驗(yàn)證了理論分析的正確性。

　　0 引言

　　由于天文觀測的特殊需求，迫切需要高性能、小型化的寬頻帶饋源，以實(shí)現(xiàn)饋源陣的緊密排列，并保證系統(tǒng)具有優(yōu)良的信噪比性能。對于具有反射腔的振子饋源，增加振子的寬度能夠達(dá)到展寬頻帶的目的。通過選擇形狀不同于常規(guī)振子的新型振子，根據(jù)頻率及頻帶寬帶要求優(yōu)化振子尺寸及間距等參數(shù)，選擇最優(yōu)的饋電方式，最終設(shè)計(jì)出滿足寬帶要求的高性能饋源。

　　1 新型饋源提出

　　根據(jù)某工程需要，觀測頻率初步設(shè)定為0. 5 ~1. 2 GHz，天線方案選為柱形拋物面天線，饋源為半波長間距的線陣，柱形拋物面的焦徑比f / D 選為0. 4。傳統(tǒng)饋源由于其頻帶窄、尺寸大且波束等化不好等因素不能滿足設(shè)計(jì)要求，基于此提出了一種新型寬頻帶饋源，通過將振子形狀設(shè)計(jì)為正方形以最大限度的展寬頻帶，其尺寸約為0. 33 λc (λc 為中心頻率所對應(yīng)的波長)，該設(shè)計(jì)能滿足寬頻帶、小型化的需求。對2 個(gè)振子分別交叉饋電能滿足雙極化的要求，該饋源的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1 所示。

圖1 新型饋源結(jié)構(gòu)外形圖

　　2 理論分析

　　腔體中的場是波導(dǎo)模Fourier 變換的和，腔體敞開端的繞射和耦合效應(yīng)可忽略不計(jì)。在開口腔體輻射器的理論分析中，波導(dǎo)激勵(lì)理論用來計(jì)算由腔體激勵(lì)器激勵(lì)的標(biāo)準(zhǔn)模。接著由孔徑場計(jì)算輻射場。

　　第q 個(gè)模的孔徑場Eθq和Hφq產(chǎn)生的總輻射場( Erq ) 由下式得到：

　　式中：

　　式中：

　　式中，是包圍電流源Ja的體積分，是腔體截面(CS) 上的面積分。

　　式中，ζ0 和Zq 分別是自由空間和第q 個(gè)波導(dǎo)模的波阻抗，第q 個(gè)TE 或TM 波導(dǎo)模的特征值是kcq。