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1、低副瓣毫米波介質(zhì)透鏡天線伍捍東（西安恒達(dá)微波技術(shù)開(kāi)發(fā)公司）1.概述在毫米波段，欲獲得＜-25dB甚至-35dB的低副瓣天線是非常困難的，這是由于波長(zhǎng)長(zhǎng)度與天線制造誤差，表面光潔度等相對(duì)接近，天線幅相分布的控制與測(cè)量也相對(duì)困難得多，邊緣繞射，支撐構(gòu)件的散射也使得天線的副瓣難以降低。小增益的mm波低副瓣天線可以用波紋喇叭天線來(lái)獲得。大、中增益的mm波低副瓣天線可以通過(guò)控制陣面副一相分布的縫隙波導(dǎo)陣列天線來(lái)實(shí)現(xiàn)。顯然，mm波陣列天線是十分昂貴的。而基于拋物反射面的天線則通過(guò)控制饋源的初級(jí)輻射方向圖和邊緣照射電子來(lái)實(shí)現(xiàn)低副瓣。然而，由于面天線中，饋源及副反射面支撐構(gòu)件的影響，副瓣一般只
2、在-17～22dB之間。本文介紹采用介質(zhì)透鏡和圓錐喇叭或圓錐波紋喇叭構(gòu)成的低副瓣mm波天線，在中等增益天線上獲得了優(yōu)于-25dB甚至-35dB的極低副瓣電平，且天線的工作帶寬可達(dá)全波導(dǎo)帶寬。2.設(shè)計(jì)原理透鏡天線的種類(lèi)很多，由于波長(zhǎng)較短，為減少制造難度，金屬透鏡方案沒(méi)有被采用。綜合電性能、制造難度、體積重量和制造經(jīng)費(fèi)，對(duì)比分析后采用了平凸型介質(zhì)透鏡。這是由于：①介質(zhì)透鏡是與頻率無(wú)關(guān)的寬帶結(jié)構(gòu)；②平凸型透鏡的制造難度相對(duì)?。虎弁哥R所占空間相對(duì)??；④材料坯料相對(duì)小。透鏡天線設(shè)計(jì)思想與拋物反射面天線很相近。在拋物反射面天線中，反射面將來(lái)自饋源的球面波收集反射后形成一個(gè)平面波。而透鏡天線
3、則是使通過(guò)透鏡的球面波變?yōu)橐黄矫娌?。平凸透鏡的平面與平面波平行，凸面的形狀則根據(jù)球面波源的位置設(shè)計(jì)，以使發(fā)自該球面波源的波通過(guò)該透鏡后的等相位面與透鏡的平面平行。圖1為平凸透鏡的介質(zhì)透鏡天線原理圖。在凸面，應(yīng)用施耐爾（Snell）定律可以確定對(duì)應(yīng)每個(gè)饋電角的斜率。同樣，也可以應(yīng)用費(fèi)米（Fermat）原理去補(bǔ)償從饋源通過(guò)透鏡到達(dá)口經(jīng)面的光學(xué)路經(jīng)長(zhǎng)度。根據(jù)圖1，有（1）這里已令μr＝1，εr＞1。ρ（ψ）——為透鏡凸面上一點(diǎn)到焦點(diǎn)的距離；f——為透鏡凸面頂點(diǎn)到焦點(diǎn)的距離。顯然（1）是雙曲線方程，雙曲線有一個(gè)漸近線，它限制了饋源輻射的角度。（2）Ψa——饋源輻射的極限角。當(dāng)采用εr＝
4、2.2的聚四氟乙烯材料時(shí)，Ψa＝47.6°。換句話說(shuō)，透鏡邊緣對(duì)于饋源的張角受到限制，或說(shuō)天線口經(jīng)面被限定在兩根漸近線內(nèi)。與拋物反射面天線的情形一樣，漏泄功率一般認(rèn)為是損失在副瓣中。在喇叭的口經(jīng)面上放置一個(gè)透鏡，可以起到收集和消除泄漏的目的，進(jìn)而降低了副瓣電平。天線的口徑D：D=2ρ。Sin（Ψ。）=（3）ψ。——為喇叭的張角。天線的焦徑比：透鏡天線的焦徑比D/F為：D/2/F=tgψ。（4）D/F=2tgψ。（5）限制條件是：ψ。＜ψa（6）在兼顧到結(jié)構(gòu)，性能的綜合因素，D/F常選擇在1:1以下。3．實(shí)例已經(jīng)設(shè)計(jì)的低副瓣透鏡天線有如下幾個(gè)型號(hào)（表1）：表1型號(hào)頻率范圍Gain
5、型號(hào)頻率范圍GainHD-100LHA258.2～12.4GHz25dBHD-120LHA2610.0～15.0GHz26dBHD-140LHA2712.4～18.0GHz27dBHD-180LHA2515.0～22.0GHz25dBHD-180LHA2815.0～22.0GHz28dBHD-220LHA2618～26.5GHz26dBHD-220LHA2818～26.5GHz28dBHD-220LHA3018～26.5GHz30dBHD-260LHA2722～33GHz27dBHD-260LHA2922～33GHz29dBHD-260LHA3122～33GHz31dBHD-3
6、20LHA2826.5～40GHz28dBHD-320LHA3226.5～40GHz32dBHD-320LHA3226.5～40GHz32dB圖2是HD-320LHA32型天線的結(jié)構(gòu)圖。圖3示出了HD-320LHA32型天線在37.5GHz頻率上的方向圖，從圖中可以看出：其在37.5GHz上，H面副瓣為-35dB,E面副瓣為-25dB,Gain（用比較法測(cè)量）為33.46dB，效率達(dá)到η＝54.14％。在其它頻率上的電參數(shù)測(cè)量結(jié)果整理如表2所示。由于測(cè)試設(shè)備的限制，頻率范圍未能測(cè)得更寬。表2Freq.(GHz)副瓣電平（dB）主辦寬度（-3dB）（度）增益（dB）η（％）E面H
7、面E面H面37.5-25-353.2°4.2°33.4654.1436--22.7-39.83.4°4.6°32.5647.5535-24.2-35.73.4°4.4°31.7942.3134-22.2-35.33.4°4.6°4.性能分析在小批量生產(chǎn)的情況下，E面副瓣＜-22dB，H面副瓣＜-30dB是容易控制的。但是，美國(guó)休斯公司的同類(lèi)產(chǎn)品其E面、H面副瓣均＜-28dB，經(jīng)分析，其區(qū)別在于休斯公司采用了波紋喇叭介質(zhì)透鏡的技術(shù)。對(duì)于大張角寬帶散相波紋喇叭，本身的副瓣就極低，可＜-30dB以
