基于模轉(zhuǎn)換器出口導(dǎo)納設(shè)計(jì)雙槽深饋源

周建寨,史振起

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

0 引言

波紋喇叭的模轉(zhuǎn)換器能夠?qū)A波導(dǎo)中的TE11模轉(zhuǎn)換為波紋波導(dǎo)中的HE11模,在模轉(zhuǎn)換器出口要求HE11模的導(dǎo)納在零附近,入口導(dǎo)納值則要趨于無(wú)窮大。利用雙槽深結(jié)構(gòu)[5]能使喇叭工作于2個(gè)頻帶,雙槽結(jié)構(gòu)的導(dǎo)納為2個(gè)槽導(dǎo)納的合成導(dǎo)納,模轉(zhuǎn)換器出口的合成導(dǎo)納在2個(gè)工作頻段之內(nèi)在零附近,而在2個(gè)工作頻段之間的非工作頻段存在極值點(diǎn),并且此時(shí)極值點(diǎn)靠近高工作頻段。根據(jù)雙槽深波紋喇叭模轉(zhuǎn)換器出口HE11模的導(dǎo)納隨頻率的變化特性設(shè)計(jì)出模轉(zhuǎn)換器入口的導(dǎo)納,模轉(zhuǎn)換器入口導(dǎo)納在2個(gè)工作頻帶內(nèi)盡可能取大值,而合成導(dǎo)納的極值點(diǎn)應(yīng)在2個(gè)工作頻帶之間的非工作頻帶內(nèi),此時(shí)極值點(diǎn)靠近低工作頻段。從模轉(zhuǎn)換段入口到出口,導(dǎo)納呈單調(diào)變化趨勢(shì),合成導(dǎo)納的極值點(diǎn)由入口的頻點(diǎn)移動(dòng)到出口的頻點(diǎn)。同時(shí)還根據(jù)模轉(zhuǎn)換器出口HE11模的導(dǎo)納隨頻率變化特性計(jì)算出模變換段后面各段HE11模的導(dǎo)納,使模轉(zhuǎn)換器后連接的各個(gè)槽的導(dǎo)納具有基本相同的值。這種導(dǎo)納分布的波紋饋源具有良好的駐波特性和旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的輻射方向圖。CHAMP軟件仿真的結(jié)果證明,利用這種設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)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(dǎo)納

雙槽深結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 雙槽深波紋喇叭結(jié)構(gòu)示意圖

環(huán)加載結(jié)構(gòu)的波紋波導(dǎo)計(jì)算公式[2,3]為:

Bm為槽寬階躍變化引起的導(dǎo)納變化其計(jì)算公式參見(jiàn)文獻(xiàn)[2]和文獻(xiàn)[4]。

當(dāng)圖1中d0=d1時(shí),環(huán)加載波紋結(jié)構(gòu)退化為直槽結(jié)構(gòu),Bm=0,其導(dǎo)納計(jì)算公式[1]為:

雙槽深波紋喇叭的合成導(dǎo)納的計(jì)算公式[1]為:

式中,y1、y2分別為相鄰2個(gè)槽的導(dǎo)納值。

2 模轉(zhuǎn)換器出口、入口及其后各槽的導(dǎo)納

2.1 模轉(zhuǎn)換器出口的導(dǎo)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(zhuǎn)換器出口的導(dǎo)納在零附近才能保證在上述2個(gè)頻段內(nèi)HE11模實(shí)現(xiàn)平衡混合。經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì),模轉(zhuǎn)換器出口的導(dǎo)納隨頻率變化的曲線如圖2所示。

圖2 模轉(zhuǎn)換器輸入/輸出口導(dǎo)納

由圖2中可看出波紋喇叭模轉(zhuǎn)換段輸出口合成導(dǎo)納在1.11F1L和2.08F1L時(shí)導(dǎo)納為零,實(shí)現(xiàn)平衡混合,在1.41F1L出現(xiàn)極值,即合成導(dǎo)納由+∞變化到-∞。

從模轉(zhuǎn)換器出口以后各槽的導(dǎo)納值應(yīng)與圖2中的出口導(dǎo)納曲線相似,即合成導(dǎo)納的極值點(diǎn)在1.41F1L附近。

2.2 模轉(zhuǎn)換器入口的導(dǎo)納

根據(jù)模轉(zhuǎn)換器出口HE11模的導(dǎo)納隨頻率分布的特性,模轉(zhuǎn)換器入口HE11模的導(dǎo)納分布的極值點(diǎn)應(yīng)在頻帶1的高端頻點(diǎn)和頻帶2的低端頻點(diǎn),即在F1H～F2L之間。經(jīng)過(guò)優(yōu)化,模轉(zhuǎn)換器入口的導(dǎo)納曲線如圖2中的入口導(dǎo)納曲線所示。合成導(dǎo)納的極值點(diǎn)出現(xiàn)在1.14F1L,在F1H的導(dǎo)納為-11.55,應(yīng)用了部分負(fù)導(dǎo)納。從模轉(zhuǎn)換器入口到模轉(zhuǎn)換器出口,合成導(dǎo)納的極值點(diǎn)從1.14F1L移動(dòng)到1.41F1L,而2個(gè)工作頻段的導(dǎo)納值在此過(guò)程中均成單調(diào)降低趨勢(shì)。

3 仿真結(jié)果

用CHAMP仿真軟件對(duì)根據(jù)此方法設(shè)計(jì)的雙頻段波紋喇叭進(jìn)行仿真驗(yàn)證,F1L、F1H、F2L和F2H其4個(gè)頻點(diǎn)的方向圖仿真結(jié)果如圖3所示,F1L～F1H和F2L～F2H兩個(gè)頻段的回波損耗仿真結(jié)果分別如圖4所示。

當(dāng)饋源對(duì)副反射面的照射角為22°,由圖3可知,最低頻點(diǎn)的照射電平為-8 dB,最高頻點(diǎn)的照射電平為-20 dB,反射面設(shè)計(jì)時(shí)饋源的照射電平為-15 dB,在整個(gè)頻帶內(nèi)照射電平基本符?合設(shè)計(jì)要求。有圖4可看出,饋源的駐波均小于1.05。通過(guò)仿真結(jié)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(jié)果

圖4 饋源電壓駐波比仿真結(jié)果

4 結(jié)束語(yǔ)

給出了根據(jù)波紋喇叭模轉(zhuǎn)換器導(dǎo)納隨頻率的分布特性設(shè)計(jì)模轉(zhuǎn)換器的入口導(dǎo)納,以及模轉(zhuǎn)換段出口以后的各槽導(dǎo)納,并且設(shè)計(jì)出了雙頻段波紋喇叭,通過(guò)CHAMP仿真結(jié)果分析可知這種基于模轉(zhuǎn)換器出口導(dǎo)納的設(shè)計(jì)方法是可行的。

[1]楊可忠,楊智友,章日榮.現(xiàn)代面天線新技術(shù)[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(wú)線電工程,2007,37(3):39-40.