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1、西電天線論文作業(yè)圓形口徑雙模喇叭天線設(shè)計(jì)研究XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX摘要：介紹了圓形口徑喇叭天線的基本原理，重點(diǎn)對(duì)雙模圓錐喇叭進(jìn)行了分析，最后仿真出一個(gè)雙模工作的圓錐喇叭天線的方向圖、駐波比以及軸比。關(guān)鍵詞：圓形口徑喇叭；雙模圓錐喇叭天線；方向圖；駐波比；軸比DesignresearchonCircularaperturedual-modehornantennaXXXXXXXXXXXXUniv.,Xizan710071,ChinaAbstract:Thebasicprincipleofth
2、ecircularaperturehornantennaareintroduced,focusingondual-modeconicalhornareanalyzed,finallythesimulationworkoutadual-modeconicalhornantennapattern,standingwaveratioandtheaxialratio.Keywords:circularaperturehorn；dual-modeconicalhornantenna;pattern;standingwaverati
3、o;theaxialratio.喇叭天線是一種應(yīng)用廣泛的微波天線，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，頻帶寬,功率容量大，調(diào)整與使用方便。它常用于如下幾個(gè)方面：1大型射電望遠(yuǎn)鏡的饋源，衛(wèi)星地面站的反射面天線饋源，微波中繼通訊用的反射面天線饋源；2相控陣的單元天線；3在天線測(cè)量中，喇叭天線常用作對(duì)其它高增益天線進(jìn)行校準(zhǔn)和增益測(cè)試的通用標(biāo)準(zhǔn)等。1圓形口徑喇叭圓錐喇叭一般采用圓波導(dǎo)饋電，描述圓錐喇叭的尺寸有口徑直徑D,喇叭長(zhǎng)度R。圓錐喇叭的口徑場(chǎng)的振幅分布與圓波導(dǎo)中的TE11相同，但是相位按平方律沿半徑方向變化。圖2-5計(jì)算了不同軸向長(zhǎng)度圓錐喇
4、叭的方向系數(shù)與口徑直徑的關(guān)系。從圖中可以看出，圓錐喇叭仍然存在著最佳尺寸。與矩形喇叭類似，當(dāng)軸向長(zhǎng)度一定時(shí)，增大口徑尺寸的效果將以增大口徑面積為優(yōu)勢(shì)逐漸地轉(zhuǎn)向以平方相位偏移為優(yōu)勢(shì)。最佳圓錐喇叭的主瓣寬度與方向系數(shù)可以由以下公式近似計(jì)算：(1)0.5圖1圓錐喇叭圖錯(cuò)誤！文檔中沒有指定樣式的文字。圓錐喇叭的方向系數(shù)在增益最大值(圖中虛線)處，可歸納出R與D的近似關(guān)系Rop?2.4?2?0.15?(2)2多模喇叭主模喇叭E面的主瓣寬度比H面窄，E面的副瓣高，E面的相位特性和H曲的相位特性又很不相同。因此用主模喇叭作為反射面天線
5、的饋源，使天線的效率提高受到限制。為了提高天線口徑的面積利用系數(shù)，就必須設(shè)法給主反射器提供等幅同相且軸向?qū)ΨQ的方向圖，即所謂的等化方向圖。多模喇叭就是應(yīng)此要求而設(shè)計(jì)的，它利用不連續(xù)截面激勵(lì)起的數(shù)個(gè)幅度及相位來(lái)配置適當(dāng)?shù)母叽文?，使喇叭口徑面上合成的E面及H面的相位特性基本相同，從而獲得等化和低副瓣的方向圖，使之成為反射面天線的高效率饋源。多模喇叭可以由圓錐喇叭和角錐喇叭演變而成，但一般都采用圓錐喇叭，利用錐角和半徑的變化以產(chǎn)生所需要的高次模。多模喇叭天線設(shè)計(jì)主?？紤]以下兩大部分：第一部分是高次模激勵(lì)結(jié)構(gòu)它包括變張角圓錐系統(tǒng)
6、，半徑躍變的圓柱系統(tǒng)和半徑張角同時(shí)躍變的圓錐系統(tǒng)；第二部分是移相段，它包括圓錐移相段和直波移相段等。圖2?7就是由變張角圓錐系統(tǒng)A—A'、C—C'和直波導(dǎo)移相段A?B,圓錐移相段B-C組成的多模喇叭。圖3多模喇叭結(jié)構(gòu)示意圖在(2-5)式中Axmn和Bxmn等是TE模和TM模的振幅系數(shù);二元函數(shù)fHx(x,y)和fEx(x,y)等為標(biāo)準(zhǔn)化的橫向分布函數(shù)。上標(biāo)H和E表示標(biāo)方向的分量；一元函數(shù)TEmn和TMmn模，角標(biāo)x“z表示沿該坐fH⑵表示沿z向的傳播。通常，HHHfH(z)?exp[?jamnz]??mnexp[jamn
7、z](3)其中a為mnHTE模的傳播常數(shù)，mn?為mnHTE模的反射系數(shù)；mnfE(z)的情況類似。當(dāng)某一個(gè)缺少某個(gè)分量時(shí)，可認(rèn)為相應(yīng)的橫向分布函數(shù)為零。由波導(dǎo)理論還知道，對(duì)于任意截面的柱狀波導(dǎo)，各模電磁場(chǎng)滿足如下功率正交條件：(?El?H2?E2?Hl)?ds?0⑷？？以上式子表明模式1和模式2不發(fā)生功率交換，既兩個(gè)模式各自獨(dú)立地?cái)y帶能量，傳輸中互相不交換能量。式3和4是多模饋源的理論基礎(chǔ)。多模圓錐喇叭的物理機(jī)理可表述如下：眾所周知圓波導(dǎo)的主模是工作于主模，則其輻射方向圖呈現(xiàn)出極低的交叉極化峰值電平。向圖都有貢獻(xiàn)，而模
8、TE11模。如果圓波導(dǎo)TEln模對(duì)H面和E面的方TMln對(duì)E面方向圖有貢獻(xiàn)，對(duì)H面沒有貢獻(xiàn)。通常，由于主模為TE11模的喇叭的E面方向圖比H面方向圖窄，形不成旋轉(zhuǎn)軸對(duì)稱的輻射方向圖，其峰值交叉極化電平也必然高。因此一般說(shuō)來(lái)主模饋源是一種低效率饋源。如果在主模饋源中引入產(chǎn)生高次模的裝置，而且合適地配置高次模與主模的相對(duì)
