[发明专利]一种双频宽带波纹喇叭馈源天线

说明书

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种双频宽带波纹喇叭馈源天线。

背景技术

双频宽带波纹喇叭馈源具有方向图等化性好、交叉极化电平低、双频匹配特性好等优点，在通信、雷达、制导、遥测、遥感、天文及电视广播等方面有着非常广阔的应用前景。为了提高反射面天线的效率，就必须要求馈源天线具有E面和H面方向图等化、交叉极化电平低于-30dB，因此，研制一种双频宽带波纹喇叭馈源具有重要的现实意义。

目前，实现双频宽带波纹喇叭馈源的方式一般有高斯赋形光壁喇叭天线和环加载波纹喇叭两种方案。

高斯赋形光壁喇叭天线方案一般是通过对喇叭内壁赋于一定的高斯函数开关，从而实现TE₁₁模式到HE₁₁模式的转换，在口面上实现方向图的等化设计，存在双频工作频带不够宽、无法传输要求的高次模式（TE₂₁模）等缺点。

环加载波纹喇叭一般通过较为复杂的环加载波纹变模段，把输入的TE₁₁模转换成HE₁₁模，再通过线性张角的辐射段往自由空间辐射，其不足之处是加工工艺复杂，在过模传输时易产生高次模因此无法实现宽频带自跟踪，同时很难保证两个频段的相位中心处于同一位置。

发明内容

为了解决一般双频段馈源无法传输自跟踪用高次模（TE₂₁模）、高低频相位中心不重合、结构复杂、加工精度要求高等问题，本发明提供一种双频宽带波纹喇叭馈源天线，可实现双频段E面和H面方向图等化、双频段边缘照射电平、宽带多模传输、双频段共相心等技术指标。

本发明的目的具体通过以下技术方案实现：

一种双频宽带波纹喇叭馈源天线，包括输入圆波导、变模段和辐射段，输入圆波导连接至变模段，变模段连接至辐射段，其特征在于：所述输入圆波导为过模传输波导，变模段和辐射段均为圆波导波纹结构；变模段由若干单槽深变周期波纹结构组成，内壁呈渐张的喇叭状，每个波纹结构的口径不相同；辐射段由若干口径线性渐张的周期性波纹结构组成，辐射段内壁的渐张角度大于变模段的渐张角度。

所述输入圆波导的输入口内径必须足够大，以便传输低频段的TE₂₁模式，其口径                                                的最小值由下式决定：

其中为TE₂₁模式的最低工作频率在真空中的波长。

所述辐射段的线性渐张的半张角大于9°且小于18°。所述半张角是指喇叭内壁（在这里为齿的最高端）和喇叭轴所夹的角。

所述变模段的每个波纹的槽的宽度、半径和齿的宽度、半径均不相同，都是依据双频段TE₁₁模式与HE₁₁模式的转换和过模传输的需要优化设计。

所述辐射段的每个周期的波纹的槽的宽度和齿宽度均相同。

所述辐射段的波纹的齿的内壁和槽的内壁均线性渐张，以产生所需要的边缘照射电平，其线性渐张与辐射段波纹的口径线性渐张原理相同。

本发明的有益效果如下：

本发明采用“遗传算法优化设计与模式匹配法性能仿真相结合”的新型方案，对变模段波纹的槽的宽度、深度和齿宽度、高度进行优化设计，并对槽的宽度、深度和齿宽度、高度的优化范围进行限定，以便于波纹喇叭加工工艺的可实现性；方向图的优化目标为天线口面场的交叉极化特性，同时设定两个频段各模式反射系数的范围，用简单、紧凑的结构，巧妙实现了天线的双频段方向图等化、双频共相心、高次模传输、双频段边缘照射电平以及良好的匹配，降低了天线的次交叉极化电平，提高了反射面天线的效率；有效抑制了高次模式对天线方向图等化性的影响；具有双频段E面和H面方向图等化、双频段边缘照射电平、宽带多模传输、双频段共相心等优点。

附图说明

图1 是本发明的一具体实施例的整体结构示意图

图2是本发明的一具体实施例的低频段驻波结果

图3是本发明的一具体实施例的高频段驻波结果

图4是本发明的一具体实施例的TE₁₁模方向图低频段测试结果

图5是本发明的一具体实施例的TE₁₁模K频段天线相位方向图高频段测试结果

图6是本发明的一具体实施例的TE₂₁模方向图测试结果