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32宽带单脉冲卡塞格伦天线的设计研究 镜。根据透镜的折射面 可将

发布时间:2019-06-30 15:33 来源:未知 编辑:admin

  32宽带单脉冲卡塞格伦天线的设计研究 镜。根据透镜的折射面 可将透镜分为双折射面透镜和单折射面透镜 另外 这些透镜还可以分为分区透镜和不分区透镜等。 2为最简单的单折射面介质透镜天线的示意图通过在喇叭的口面处嵌装1 rε的介质材料来实现喇叭口面处的相位差补偿。 介质透镜 喇叭口面处嵌装介质透镜的示意

  32宽带单脉冲卡塞格伦天线的设计研究 镜。根据透镜的折射面 可将透镜分为双折射面透镜和单折射面透镜 另外 这些透镜还可以分为分区透镜和不分区透镜等。 2为最简单的单折射面介质透镜天线的示意图通过在喇叭的口面处嵌装1 rε的介质材料来实现喇叭口面处的相位差补偿。 介质透镜 喇叭口面处嵌装介质透镜的示意图其原理可以采用几何光学的方法来近似进行分析。众所周知 电磁波经过不同媒质时 其相速和波长是不同的 其具体公式为 ncv c表示真空中的光速v′表示电磁波在介质中的相速 λ′表示电磁波在介质中的波长 0λ表示电磁波在真空中的波长 n表示材料的折射系数 其表达式为 rrnμε 所以上式可写为rnε 从上面的公式可以得知电磁波在介质透镜中的波长比它在空气中的波长短 波长与n成反比。根据电磁波的这一特性我们设计不同曲面结构的介质透镜 通过控制介质透镜在不同位置的厚度 来补偿喇叭口面的相位差。如图4 2所示 介质透镜的结构一般为中间厚两边薄 当电磁波穿过它之后 喇叭口面的相位差就得到了补偿 近似相等 这样便可校正喇叭口面处的相位差。 第四章 透镜喇叭馈源的设计与仿线 双曲面透镜设计双曲面透镜的剖面如图4 3所示 MAX ρψψQ1Q1QP1PDFsfxytRo 双曲面透镜的剖面图如图4 3中所示 从顶点S到口径上任意一点的光程 1QQnFQFP 采用极坐标系取FQ 则光程相等的条件为cos fnf 采用图43中的直角坐标系 则根据222 yfx nxfψρ的关系 上式可写为 222yfxnxn 透镜的剖面为双曲线可得 口径角maxψ为 RD2 sinmax D为口径R为焦点到透镜边缘的距离 1cos maxψnfnR。如取y 式便可得到透镜的厚度1211222 nDnfnft 由此可知当天线口径D确定后 任意一组n和f只要满足 都能得34宽带单脉冲卡塞格伦天线的设计研究 到一个透镜曲面 使平面波经由透镜变为平面波。同时可以看出 当透镜口径一定时 f或n愈大 则厚度t就愈小。这一特点带来的好处是 透镜的重量减轻了 带来的缺点是 n的增大将引起反射能量的加大 会引起驻波变大 从而降低天线的效率 故实际中多采用n为1 6的介质透镜并选取Df 根据上述设计方法透镜的介质材料选用高密度聚氨脂泡沫 即相对介电常数8 ψψρnfn在CST仿真软件中画出曲线所示。 双曲面透镜仿真模型为了分析介质折射率对方向图及驻波的性能影响 我们取折射系数n为1 45、16分别进行仿线给出了驻波 VSWR 随折射系数的变化曲线 VSWR随折射系数的变化曲线第四章 透镜喇叭馈源的设计与仿线 俯仰面波瓣宽度随折射系数的变化曲线由图可知 随着折射系数的增大 整个频带内驻波明显增大 这与理论相符合。频带内的方位面和俯仰面波瓣宽度随折射系数的减小而减小 为此 我们将折射系数取为更小的数值 经计算发现 更小的折射系数不仅能降低驻波 而且能减小波瓣宽度 因此 在考虑透镜重量可接受的范围内我们将折射系数取为1 1。仿线 宽带单脉冲卡塞格伦天线dB波瓣宽度变化曲线 第四章 透镜喇叭馈源的设计与仿线 椭圆面透镜设计将阴暗面设计成折射面 如下图4 11所示 月牙形 11椭圆面透镜剖面图 此时 迎照面的形状应随着辐射器辐射出波前的不同而不同。如果辐射器为一点源 则AQB应为旋转球面 与辐射器辐射的球面波相一致 如果辐射器为一线源 则AQB应为圆柱面 与其辐射器的柱面波相一致 即常数 1ρ。为在口面处得到平面波 利用光程相等条件 对于辐射器为点源的情况 可得 cos 上式是椭圆方程式。令透镜厚度为t′透镜剖面的圆和椭圆的焦点A和B可以确定出馈电的极限半张角maxϕ 10和双曲面透镜相比 椭圆面透镜在口面处的长有更均匀的振幅分布 但双曲面旁瓣较低 且设计方便。 根据上述椭圆透镜的设计方法 椭圆透镜介质材料的初始折射系数仍取为n 转为直角坐标方程在仿真软件CST中画出曲线椭圆透镜仿线 宽带单脉冲卡塞格伦天线的设计研究 同样为了查看驻波和波瓣宽度随折射系数的变化规律 我们取折射系数n为1 45、16分别进行仿线给出了驻波 VSWR 随折射系数的变化曲线VSWR随折射系数的变化曲线方位面波瓣宽度随折射系数的变化曲线第四章 透镜喇叭馈源的设计与仿线俯仰面波瓣宽度随折射系数变化曲线 从仿真结果得知 随着椭圆透镜介质材料折射率的增大 驻波明显增大 频带内的波瓣宽度也增大。为此 1节一样将折射率取为1 计算结果如图416 16VSWR变化曲线 宽带单脉冲卡塞格伦天线dB波瓣宽度变化曲线dB波瓣宽度变化曲线 两种透镜仿真结果比较和分析前两小节分析了透镜折射率对双脊喇叭天线的驻波和波瓣宽度的影响 本小结在相同折射系数n 1的前提下分析透镜对喇叭天线性能的影响。我们取低、中、高三个频点对比不加透镜和加透镜 双脊喇叭波瓣宽度的变化以及驻波的变化。波瓣宽度具体数据如表4 1所示 驻波比较曲线所示。 第四章 透镜喇叭馈源的设计与仿线 波瓣宽度具体比较数值波束宽度 喇叭结构 8GHz 12GHz 16GHz 不加透镜 79 42 77 76 62 19 加双曲面透镜 115 66 75 11 57 40 H1 02θ 加椭圆面透镜 79 06 67 59 59 67 不加透镜 85 19 99 51 75 32 加双曲面透镜 80 07 72 46 89 49 E1 02θ 加椭圆面透镜 73 51 50 51 34 49 18三种情况驻波变化曲线得知双脊喇叭加透镜后频带内的波瓣宽度呈现减小趋势 相比于双曲面透镜 加椭圆透镜后喇叭E面和H面方向图10dB波瓣宽度更小。从上一节的曲线图中也可以看出 加椭圆透镜后 整个频带内的波瓣宽度起伏相对较小 因此 在相同天线口径的情况下 加透镜后 我们能得到更窄的波瓣宽度 从而降低低频段的能量漏失。从图4 18看出 加透镜后频带内喇叭的驻波比没有明显增大。都在可接受范围内。 通过上述比较 最后我们采用在喇叭口面处嵌装椭圆透镜来补偿喇叭口面处的相位差 从而改善和支路方向图的频带特性。

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