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高增益低副瓣卡塞格伦天线设计

发布时间:2019-07-02 20:23 来源:未知 编辑:admin

  高增益低副瓣卡塞格伦天线设计_冶金/矿山/地质_工程科技_专业资料。第6期 2010年12月 雷达科学与技术 Radar Sclence and Technology V01.8 No.6 December 2010 高增益低副瓣卡塞格伦天线设计 李刚 (中国

  第6期 2010年12月 雷达科学与技术 Radar Sclence and Technology V01.8 No.6 December 2010 高增益低副瓣卡塞格伦天线设计 李刚 (中国电子科技集团公司第三十八研究所,安徽合肥230088) 摘 要:由于卡塞格伦天线具有优良的电气和简单的结构特性。因此被广泛应用于雷达、通信、气象、 遥感遥测等领域,但是由于天线副面的阻挡影响,卡塞格伦天线要实现较低的第一副瓣电平非常困难。针 对限制卡塞格伦天线实现低副瓣电平的各方面因素,通过合理选择天线结构参数,精心设计高性能、高效率 的双模照射馈源。在Ka频段实现了高增益、低副瓣卡塞格伦天线。完成了天线波瓣的远场测试,并给出了相 应的测试结果。 关键词:卡塞格伦天线;高增益;低副辨;双模馈源 中图分类号:TN823+.28 文献标识码:A 文章编号:1672—2337(2010)06—0568—03 Design of a High Gain and Low Sidelobe Cassegrain Antenna LIGang (No.38 Research Institute of CETC。Hefei 230088.China) Abstract:Cassegrain antennas are widely used in several domains such as radar。communications, weather and remote sensing because of its good electric performance and simple structure.But due to the blockage of the subreflecter,it is difficult tO acquire the low sidelobe.In this paper,we analyse several limit factors tO acquire the low sidelobe.Through reasonable choice of antenna parameters and elaborative design of high performance dual—mode feed.we achieve a high gain,low sidelobe Cassegrain antenna in Ka band. Far field test it’s electric performance has been conducted and the measured results are given. Key words:Cassegrain antenna;high gain;low sidelobe;dual—mode feed 1 引言 卡塞格伦天线由于具有良好的电讯和结构优 点,被广泛应用于雷达、通信和气象等领域。 圆口径卡塞格伦天线与前馈反射面天线相 比,馈线的走线路径短。口径照射效率高.但是由 于自身结构的特点,天线的副面和馈源口径会造 成阻挡,因此较难实现天线的低副瓣性能,为了实 现低副瓣波瓣,往往采用反射面赋形、偏置反射面 等方式,但是双偏置卡塞格伦天线又会造成结构 设计和转配的复杂性。这里根据具体要求,利用 常规轴对称卡塞格伦天线实现了高增益、低副瓣、 低交叉极化的天线 指标要求 气象雷达天线的规格有多种,本项目气象雷 达主要用来测云观测,因此要求天线具有低副瓣、 高增益的针状波束,主要指标要求如下: 工作频率 Ka频段 天线 dB 天线 dB 极化隔离 ≤一30dB 3 天线卡塞格伦天线 双反射面天线中.轴对称卡塞格伦天线是一 种常用的结构形式,它的主反射面为抛物面,副面 为一双曲面。馈源的相位中心与双曲面的一个焦 点重合.而双曲面的另~个焦点与抛物面的焦点 重合。由于初级照射馈源从单反射面天线 万方数据 2010年第6期 李刚:高增益低副瓣卡塞格伦天线 变为后馈式,因此大大缩短了馈线长度。减小了馈 线系统的损耗,同时便于安装和维修。 卡塞格伦天线在电讯方面的缺点主要在于副面 造成的阻挡给低副瓣的实现带来了困难。因此副面 的选取尤为重要。对于副面的最小遮挡D.∞]: D。=以■百可 式中,点。为馈源波束宽度常数。为了减小副面的绕 射损耗,D,以要有足够值,而为了减小副面的阻挡 损耗。应使D,/D应尽量小。对于此次设计的天线, 主反射面口径D约为175A.副面与主面的口径比 可以保证很小,因此主要的目标是减小绕射损耗。 图1给出了天线的结构示意图。 在本天线中,我们选取一种双模喇叭替代波纹 喇叭作为初级照射馈源,通过精心设计,该馈源的电 性能完全能够满足天线给出了其 仿线给出了其电性能仿真曲线 双模喇叭仿线 曼 k————墅竺堕巴一一一一 图1 天线结构尺寸示意图 为了减小天线纵向尺寸,我们选取主反射面 的焦径比F/D≤0.4。副面口径的选取与馈源照 射电平有着直接的关系,如果在确定的照射角下 降低照射电平,势必会增大馈源口径尺寸,致使馈 源的初级遮挡大于副面的次级遮挡,综合考虑以 上因素。我们设计馈源对副面边缘照射电平为 一17dB左右,对副面的半张角为25。,副面的口径 约为18A。 3.2初级照射馈源 初级照射馈源作为反射面天线的核心设备, 其性能好坏在很大程度上决定了整个天线系统的 性能。为了实现优良的天线远场特性。波纹喇叭 被广泛选用作为初级照射馈源。因为波纹喇叭中 传输的平衡混合模具有高斯波束照射、低副瓣、低 交叉极化等优良的电特性¨1,但是波纹喇叭体积 大、重量重、加工成本高。在不是必须使用的场合 可以选取其他形式的喇叭作为天线 参 \\ ‘疗 艺 韬 蕾 \\ / 频率/GHz (a)驻波仿真曲线-... …鼍 。f ~ Ii 1 旋 F狞r 、弩。rr l;L』i …放F ~暂。 i、 :::] “。、 ●●●- L---I-一一 k… L一4-… L… 》q诋… }专r…r 一 一j …氐F .铆 V i “酌 角度,f。) (b) 波瓣等化特性仿真曲线 … ●●● 二 --● ●●- ::: 糟瓣篷 笺●●● ::: _●● E ●●● ≮ 婊藩斛毒薅车辜骣.- ●-_ r .蝴f 角度,(。) (c) 交叉极化特性仿真曲线双模喇叭仿真曲线 雷达科学与技术 从上面的仿真结果可以看出,该双模馈源具 有优良的驻波、低交叉极化及波瓣等化等特性,可 以满足本天线的使用。 ∞ 我们根据上面选取的参数对天线次级方向图 ! 越 进行了仿线给出了理沦计算的次级天线 馨 篁 方向图。 皿 第8卷第6期 A 厂 { | 图5 天线远场测试方向图 /、 厂、 ,\l …r’r 呵…。\.’ £虻:::: U』 ,、 峨: 厂、 rrI L…W U 图4 天线次级方向图仿真曲线 从天线次级波瓣的仿真结果可以看出,性能 完全满足指标的要求.但是仿真中未考虑加I:公 差的影响。因此在设计时留有一定的余量,满足工 程实现的要求。 4 测试结果 为了检验本天线最终实现的电性能.我们对 天线进行了室外远场测试“.由于天线具有高增 .益.根据最小远场测试距离要求。收发天线m.但是在此频段.这个距离对信号的衰减 是非常大的.为了保证能够有效地测出方向图的指 标,我们在发射和接收端分别加入了功率放大器和 低噪声放大器,同时尽量减小接收馈线的长度。下面 给出了相应指标的测试结果。图5给出’r远场测试 的典剖方向图。实测方向图达到的指标为: 波束宽度0.4。±0.05。 最大副瓣电平≤一25dB 天线dB 实测结果与仿真的方向图参数较为一致,在 方向图右边一20dB左右处有一小肩膀,通过分析 应该是馈源在安装时定位有些横向偏焦造成的。 5 结束语 本文根据Ka频段气象雷达对天线具有高增 益、低副瓣、低交叉极化的要求,通过合理选择对 称卡塞格伦大线的结构尺寸,精心设计了初级照 射馈源,并通过高精度的加工和装配完成了大的 电尺寸卡塞格伦天线的乍产‘”,并通过室外远场对 其电性能进行r测试。试验表明,天线的最终结 果达到r设计指标要求,对间类型天线的设计具 有一定的借鉴作用。 参考文献: D-i杨可忠.现代面天线新技术[M].北京:人民邮电出版 社,1993. 1-23林吕禄.天线上程手册[M].北京:电子工业出版社, 2002. [3]Clarricoats P J B,()lver A I).Corrugated Horns for Microwave Antennas[M].1.ondon:Peter Peregrinus on Behalf of the IEE。1984. [4]Kummer W H.Gillespie E S.Antenna Measure— ments—l 978[-J].Proe IEEE,1978.66(4):483—507. [5]鞠金山.王亚锋.碳纤维天线反射面的热变形仿真 [J].雷达科学与技术.2009.7(4):32l一324. ju Jin—shan.WANG Ya—feng.Simulation of Heat— Distortion for Carbon Fiber Composite Antenna Re— fleetor l-J].Radar Science and Technology.2009.7 (4):32卜324.(in Chinese) 作者简介: 李刚 男.1972年11月,£.辽宁北 镇人.硕上.中国电子科技集团公司第 三I‘八研究所高级上程师.主要研究 方向为雷达天馈及微波技术。 E—mail:11995956@sina.corn 万方数据 高增益低副瓣卡塞格伦天线设计 作者: 作者单位: 刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 李刚, LI Gang 中国电子科技集团公司第三十八研究所,安徽合肥,230088 雷达科学与技术 RADAR SCIENCE AND TECHNOLOGY 2010,08(6) 参考文献(10条) 1.鞠金山;王亚锋 碳纤维天线反射面的热变形仿真[期刊论文]-雷达科学与技术 2009(04) 2.杨可忠 现代面天线.Kummer W H;Gillespie E S Antenna Measurements-1978[外文期刊] 1978(04) 4.林昌禄 天线.Clarricoats P J B;Olver A D Corrugated Horns for Microwave Antennas 1984 6.Clarricoats P J B.Olver A D Corrugated Horns for Microwave Antennas 1984 7.林昌禄 天线.Kummer W H.Gillespie E S Antenna Measurements-1978 1978(4) 9.杨可忠 现代面天线.鞠金山.王亚锋 碳纤维天线) 本文链接:

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