毫米波多波束抛物面天线分析和设计X
多波束抛物面天线测高功能的研究与实现
空军雷达学院学报 Journal of Air Force Radar Academy
Vol. 22 No. 2 Jun. 2008
文章编号：1673-8691(2008)02-0103-04
多波束抛物面天线测高功能的研究与实现
郝绍生 1，吴智慧 2，杜鸣晓 2
波束变化如图 2 所示，比幅差曲线如图 3 所示．
０
2
3
波束 １
波束 ２
波束 ２ 指向变化
－１０
归一化功率电平 ／ ｄＢ
2 天线多波束对测高范围及精度的影响
对于具有测高功能的抛物面堆积多波束天线
雷 达 系 统 ，其 测 高 范 围 在 足 够 的 信 噪 比 条 件 下 ，由
天线多个相邻波束间的多条比幅差曲线的测角范
－Ｍ 角度 ／ （°）
（ｂ） 根据实测波形得到的比幅差曲线 图 ４ 实测波形及比幅差曲线
4 结论
在 偏 置 抛 物 面 天 线 中 ，利 用 多 馈 源 偏 焦 产 生 的 相 移 特 性 可 实 现 堆 积 多 波 束 ，通 过 合 理 控 制 偏 焦位移获得多波束间的相交状态进行比幅测高， 采用与无源馈源相结合的方式有效地解决了雷达 大 功 率 容 量 和 结 构 安 装 的 矛 盾 ，取 得 了 良 好 的 工 程应用效果．
变 化 对 方 向 图 的 影 响 ，而 忽 略 口 径 面 场 分 布 变 化
－１０
高度覆盖线
－２－０１０
０
１０
２０
３０
角度 ／ （°）
图 １ 多波束俯仰面方向图
收稿日期 ：2007-12-12； 修订日期：2008-01-03 作者简介 ：郝绍生(1951 )，男，高级工程师，主要从事雷达 系统监制工作 .
双频宽带毫米波天线的设计及实际应用
双频宽带毫米波天线的设计及实际应用1. 引言1.1 双频宽带毫米波天线的重要性双频宽带毫米波天线是一种在毫米波频段工作的天线，具有双频宽带特性，可同时覆盖多个频段的通信需求。
在现代通信技术中，随着5G网络的快速发展，毫米波通信逐渐成为关键技术之一。
双频宽带毫米波天线的重要性在于其能够支持高速、高频率的数据传输，为5G 通信系统提供稳定、可靠的通信连接。
双频宽带毫米波天线的设计需要考虑到多个因素，如频段选择、天线结构设计、辐射特性等。
通过合理的设计和优化，可以实现更高的发射效率和接收灵敏度，提高通信系统的性能和覆盖范围。
双频宽带毫米波天线的研究背景主要集中在提高通信系统的传输速率和覆盖范围，满足用户对高质量通信的需求。
在未来的通信网络中，双频宽带毫米波天线将扮演重要角色，推动通信技术的不断创新和发展。
1.2 双频宽带毫米波天线的研究背景在过去的研究中，针对毫米波通信系统的天线设计主要集中在单频段的宽带天线上，而双频宽带毫米波天线研究相对较少。
随着5G通信技术的发展和应用，双频宽带毫米波天线的需求也逐渐增大。
双频宽带毫米波天线可以实现不同频段的信号传输，从而提高通信系统的灵活性和性能。
对于双频宽带毫米波天线的研究已经成为当前通信技术领域的热点之一。
通过对双频宽带毫米波天线的设计原理和方法进行深入研究，并在5G通信中进行实际应用，可以为整个通信领域的发展带来新的突破。
双频宽带毫米波天线的研究背景正是在这样的背景下逐渐形成和壮大的。
2. 正文2.1 双频宽带毫米波天线的设计原理双频宽带毫米波天线的设计原理是指如何实现在毫米波频段同时具有两个不同的工作频率的天线。
在设计原理上，双频宽带毫米波天线通常采用一种特殊的结构来实现。
一种常见的设计原理是采用双辐射元件结构，其中每个辐射元件分别负责工作在不同频率段。
通过精确的设计和优化，可以使得这两个辐射元件在毫米波频段产生互补的辐射特性，从而实现双频宽带特性。
双频宽带毫米波天线的设计原理还涉及到阻抗匹配和辐射方向性的控制。
某毫米波雷达天线系统结构设计与分析
某毫米波雷达天线系统结构设计与分析1. 引言1.1 研究背景毫米波雷达技术是一种新型的雷达技术，具有高分辨率、抗干扰能力强和适应性强等优点，已被广泛应用于军事、航空航天、气象和安防领域。
随着无线通信技术的不断发展和应用需求的增加，毫米波雷达系统的研究和应用也得到了更加重视。
在传统的雷达系统中，天线系统是一个极其重要的组成部分，直接影响到雷达系统的性能和使用效果。
毫米波雷达天线系统的设计与分析对于提高雷达系统的性能和灵敏度具有重要意义。
本文旨在针对毫米波雷达天线系统的结构设计与分析进行深入研究，探讨天线系统在毫米波雷达系统中的重要作用，并通过仿真实验和性能优化方法，为提高毫米波雷达系统的性能和应用效果提供理论支持和技术指导。
通过对毫米波雷达天线系统的研究，可以进一步推动毫米波雷达技术的发展和应用，满足日益增长的雷达应用需求。
1.2 研究意义毫米波雷达技术是一种新兴的无线通信技术，在高速通信和感知领域具有广阔的应用前景。
毫米波波段具有大带宽、高传输速率和抗干扰能力强的特点，因此被广泛应用于5G通信、自动驾驶、物联网等领域。
而毫米波雷达天线系统作为毫米波雷达系统的核心组成部分，其设计与优化对整个系统性能具有重要影响。
研究毫米波雷达天线系统结构设计的意义在于，通过合理设计和优化天线系统结构，可以提高毫米波雷达系统的工作性能，包括雷达探测距离、分辨率、抗干扰能力等指标。
合理设计的天线系统结构还可以降低系统的成本和复杂度，提高系统的稳定性和可靠性。
深入研究毫米波雷达天线系统结构设计对于推动毫米波雷达技术的发展具有重要的意义。
本文旨在探讨毫米波雷达天线系统结构设计与分析的相关内容，通过对毫米波雷达系统的概述、天线系统结构设计、分析方法、仿真结果和性能优化等方面的研究，希望能够为毫米波雷达技术的进一步应用和发展提供理论支持和实践指导。
1.3 研究目的研究目的是通过对毫米波雷达天线系统的结构设计和分析，探索其在高频段通信和雷达系统中的应用。
微波通信技术与抛物面天线设计
微波通信技术与抛物面天线设计微波通信技术是一种高速、高频率的无线通信方式，广泛应用于现代通讯、导航、雷达等领域。
抛物面天线作为微波通信系统中最常用的天线形式之一，其设计和优化对于提高微波通信系统的性能至关重要。
微波通信系统主要由两个部分组成：发射部分和接收部分，其中天线是系统的核心部件。
在微波通信系统中，天线的主要作用是将高频信号从发射器传送到接收器或从接收器传送到发射器。
抛物面天线是一种非常常见的天线形式，主要由抛物面反射器和馈源组成，其工作原理是将输入的电磁波在反射器上反射并聚焦到馈源上，然后将反射的波导出。
抛物面天线的设计要考虑多个因素，如频率、增益、方向性、带宽、驻波比等。
其中，抛物面反射器的形状和尺寸是非常关键的设计参数。
一般来说，反射器的直径越大，增益就越高，方向性和波束宽度就越好。
抛物面天线还需要考虑馈源的设计，一般使用馈源在抛物面反射器的焦点处，以达到波束聚焦的效果。
常见的馈源有小孔馈源、角度馈源、环形馈源等形式。
对于高频率的微波通信系统，馈源的设计对于天线性能的影响很大。
除了抛物面天线的形状和馈源的设计，天线的优化还需要考虑电磁波的传输特性和材料的选择。
例如，低损耗的材料可以减少信号的衰减，从而提高天线的效率和性能。
另外，天线的环境因素也会对天线的性能和效率造成重大影响，例如天线受到的干扰和噪声等。
总之，抛物面天线是微波通信系统中最重要和常用的天线形式之一，其设计和优化对于提高系统的性能和效率至关重要。
通过考虑反射器的形状和馈源的设计，以及电磁波的传输特性和环境因素，可以优化天线性能和效率，提高微波通信系统的传输速率和可靠性。
微波毫米波天线设计技术研究
微波毫米波天线设计技术研究一、引言随着通信技术的不断发展和普及，微波毫米波天线的应用越来越广泛。
在数据传输、无线通信、雷达、卫星通讯、遥感等领域，都需要使用微波毫米波天线。
而天线设计技术作为微波毫米波技术的重要组成部分，对于天线的性能、频率、结构等方面进行深入研究是很有必要的。
二、微波毫米波天线技术的研究现状微波和毫米波是指频率在1-100GHz范围内的无线电波。
而微波毫米波天线，就是用于接收和发射这些频率范围内的无线电波的设备。
它们是通信、遥感、雷达等领域中最常用且最重要的设备之一。
当前，微波毫米波天线技术主要面临的挑战包括：频率越来越高，因而天线尺寸越来越小，同时需要更高的带宽和灵敏度。
为了克服这些难题，研究者们在天线材料、结构、设计和制造等方面进行了不断的探索与研究。
三、微波毫米波天线设计技术的研究内容1. 天线材料的研究由于微波毫米波天线所接收和发射的是高频信号，因此天线材料的介电常数和磁导率需要具有很高的值。
目前常用的天线材料有：陶瓷、聚酰亚胺等。
这些材料在使用时会受到温度、湿度和机械应力等因素的影响，因此需要选择合适的温度和湿度，并对材料进行合理的处理和加工。
2. 天线结构的研究微波毫米波天线的结构对天线性能的影响非常大。
常用的结构有：微带天线、补偿线圈天线和微波激励谐振天线等。
这些结构可以实现天线的高带宽、高效率和小体积，并在各种应用场合下得到适当的应用。
3. 天线设计的研究天线的设计是制造优良天线的关键。
一般采用电磁模拟软件进行设计和仿真。
目前，常用的软件有：Ansoft公司的HFSS、CST公司的CST等。
4. 天线制造的研究天线制造涉及到天线的加工、组装和测试等方面。
其中，自适应天线是目前研究的热点之一。
自适应天线能够实现对信号频率、方向和幅度的自适应调整，从而提高天线的性能、增加天线的加工复杂度。
四、微波毫米波天线设计技术的进展与未来展望随着微波毫米波技术的普及和应用，微波毫米波天线技术在不断发展。
抛物面天线的工作原理
抛物面天线的工作原理抛物面天线是一种常用于无线通信领域的天线类型，其工作原理基于抛物面的特殊形状和电磁波的反射原理。
抛物面天线可以实现高增益、方向性强以及较好的信号接收和发射效果。
1. 抛物面天线的结构抛物面天线由抛物面反射器和馈电源组成。
抛物面反射器呈抛物线形状，通常由金属材料制成，其内部有一点称为焦点。
馈电源位于焦点处，用于将电磁波信号引入或从天线传出。
抛物面天线也可以配备辅助元件，如驻波装置、补偿元件等，以进一步优化性能。
2. 工作原理抛物面天线的工作原理基于抛物面反射器的特殊形状。
当电磁波信号从馈电源输入时，信号被聚焦到抛物面反射器的焦点上。
由于抛物面的特殊形状，电磁波信号会在焦点处汇聚，并以较强的方向性从抛物面天线的开口处发射出去。
同样地，抛物面天线也可以将接收到的电磁波信号反射到焦点处，然后通过馈电源输出。
3. 特点和优势抛物面天线具有以下特点和优势：- 高增益：由于抛物面的特殊形状，抛物面天线可以实现较高的增益，从而提高信号的接收和发射效果。
- 方向性强：抛物面天线具有较强的方向性，可以将信号集中在特定方向上，减少信号的传播范围，提高通信质量和距离。
- 抗干扰能力强：由于其方向性强，抛物面天线对于来自其他方向的干扰信号具有较好的抑制能力。
- 宽频段工作：抛物面天线可以在较宽的频段内工作，适用于不同频率的无线通信系统。
4. 应用领域抛物面天线广泛应用于各种无线通信领域，包括：- 无线电通信：抛物面天线常用于无线电通信系统中，如卫星通信、微波通信等，以提供稳定的信号传输和接收能力。
- 无线网络：抛物面天线可用于无线局域网（WLAN）系统，提供高速、稳定的无线网络连接。
- 无线电视和雷达系统：抛物面天线可以用于电视和雷达系统，以提供高质量的图像和雷达信号。
- 射电天文学：抛物面天线也被广泛应用于射电天文学领域，用于接收来自宇宙的微弱信号。
总结：抛物面天线是一种基于抛物面反射器的天线类型，其工作原理基于抛物面的特殊形状和电磁波的反射原理。
毫米波多天线通信系统高效信号设计与处理
室内通信
适用于室内环境下的通信 ，如大型场馆、商场等。
无线宽带接入
适用于宽带接入场景下的 通信，如家庭、技术
毫米波信号的调制与解调
调制方式选择
根据信道特性和传输需求，选择合适的调制方式，如QPSK、16-QAM等，以提高传输效率和误码率 性能。
调制参数优化
根据信道状态信息，对调制参数进行优化，如星座图、调制阶数等，以适应信道变化并降低误码率。
THANKS
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频率同步
通过频率同步技术，确保接收端 与发送端的载波频率一致，以提 高信号解调性能。
符号同步
通过符号同步技术，确保接收端 正确捕获和提取信号符号，以减 小信号解调误差。
03
毫米波多天线技术
天线阵列的设计与优化
01
天线阵列布局
根据通信环境和系统需求，选择 合适的阵列布局，如线性阵列、 平面阵列等。
人工智能与毫米波多天线通信的结合
利用人工智能技术进行信道估计、波束成形和干扰抑制等，为毫米波 多天线通信系统带来新的解决方案。
硬件加速与可重构技术
研究新型的硬件架构和可重构技术，以加速毫米波多天线通信系统的 信号处理过程。
未来发展方向与展望
进一步提高频谱 效率和系统容量
通过优化信号设计和处理算 法，以及开发新型多天线技 术，实现毫米波多天线通信 系统频谱效率和系统容量的 进一步提升。
将实际测试数据与仿真实验结果进行对比，验证所提性能优化策略的 有效性，并分析实际测试中可能存在的误差和干扰因素。
06
未来研究方向与展望
毫米波多天线通信系统面临的挑战
高频段传播特性复杂
毫米波频段具有独特的传播特 性，如视距传输、对建筑物和 环境的强穿透与反射、以及大 气传播损耗等，这使得毫米波 通信系统的设计和优化面临挑 战。
微波毫米波天线设计与制造研究
微波毫米波天线设计与制造研究随着无线通信技术的发展，微波和毫米波技术在通信领域中得到了广泛应用。
微波和毫米波频段特点是高频段，具有高速度、大带宽和高阻抗匹配等优点，但同时也存在着信号传输距离短和穿透力差等问题，需要通过优秀的天线设计和制造来加以解决。
微波毫米波天线是指工作在微波和毫米波频段的天线，其主要应用在无线通信、雷达、航空航天、医学和电子对抗等领域。
微波毫米波天线设计和制造的研究对微波毫米波技术的应用起着至关重要的作用。
微波毫米波天线设计的主要内容包括：天线类型、频段选择、工作原理、天线结构、阻抗匹配等。
其中，天线类型包括微带天线、开口波导天线、双极化天线、天线阵列等。
频段选择是指选择合适的工作频率。
天线结构是指天线的物理结构，包括天线元件的布局、尺寸、材料等。
阻抗匹配是指天线的输入输出端口阻抗与线路的阻抗之间的匹配关系。
天线制造的主要内容包括：印制电路板(PCB)制造、天线元件加工、天线测试等。
PCB制造是天线制造的基础，在PCB上进行天线元件的加工。
天线测试是指对天线进行性能测试，包括天线增益、方向性、阻抗匹配等指标的测试。
针对微波毫米波天线的设计和制造工作，需要掌握一定的理论知识和实践经验。
首先，需要对微波毫米波天线的应用领域有一定的了解，明确设计天线的目标和需求。
其次，需要对微波毫米波天线的工作原理、基本结构和阻抗匹配等知识有一定的掌握。
最后，在设计和制造天线时，需要掌握一定的软件工具和实验设备，如天线仿真软件、印制电路板设计软件、天线测试仪器等。
目前，国内外对微波毫米波天线的研究取得了一系列的成果。
例如，微带天线上，国内知名学者王斌教授提出了基于L反射结构的新型微带天线，具有体积小、低剖面和宽阻抗带宽等优点，并且实现了与基站信号的高效耦合。
而在毫米波天线领域，美国码头实验室提出了一种新型的毫米波短距通信天线，具有节省空间、适应高速传输等特点。
通过这些成果的研究和应用，展示了微波毫米波天线技术的广泛应用前景，也加快了微波毫米波天线技术的发展。
微波通信技术与抛物面天线设计
微波通信技术与抛物面天线设计一、微波通信技术的基本原理微波通信是利用微波进行信息传输的通信技术，通常指的是在30MHz至100GHz频段内进行的通信。
微波通信技术具有传输速度快、抗干扰能力强、传输距离远等优点，因此被广泛应用于卫星通信、无线通信、雷达系统等领域。
微波通信技术基于电磁波的传输原理，其中电磁波是由电场和磁场相互作用而产生的一种波动。
在微波通信中，微波信号被发送器发射出来，经过天线发射出去，经过空间传播后，再被接收天线接收回来，最终经过接收器处理成电信号。
而天线作为微波通信系统中负责发送和接收信号的设备，其设计质量直接影响了通信系统的性能。
二、抛物面天线的设计原理抛物面天线是一种由抛物面所形成的反射面天线，其具有较高的增益和指向性。
其设计原理是利用抛物面的反射特性，将来自馈源的微波信号汇聚到抛物面的焦点处，再由天线馈源将信号发送或接收，从而实现较远距离的通信。
抛物面天线的主要特点包括：1. 高增益：抛物面天线的反射面设计使得其具有较高的增益，可以增强信号的发送和接收能力。
2. 窄波束宽度：抛物面天线的设计使得其具有较强的指向性，能够集中信号发送或接收的方向，减小了由外部干扰引起的信号干扰。
3. 抗干扰能力强：抛物面天线能够减小环境干扰对信号的影响，保障通信质量。
抛物面天线的设计原理为微波通信提供了重要的技术支持，使得微波通信系统具有了更高的性能和可靠性。
抛物面天线的设计优势主要体现在以下几个方面：4. 构造简单：抛物面天线的结构相对简单，易于制造和安装，成本较低。
通过以上分析，可以看出抛物面天线的设计优势使得其成为微波通信技术中的重要组成部分，被广泛应用于卫星通信、雷达系统、无线通信等领域。
四、抛物面天线的应用前景随着通信技术的不断发展，抛物面天线在微波通信领域的应用前景较为广阔。
具体表现在以下几个方面：1. 卫星通信：抛物面天线的高增益和指向性使得其在卫星通信中具有重要作用，能够实现卫星和地面站之间的可靠通信。
微波通信技术与抛物面天线设计
微波通信技术与抛物面天线设计1. 引言1.1 背景介绍微波通信技术与抛物面天线设计在当今通信领域中扮演着至关重要的角色。
随着无线通信技术的不断发展和普及，微波通信技术已经成为现代通信系统中的核心技术之一。
微波通信技术以其高速率、大容量、低延迟等特点，被广泛应用于各种通信系统中，如卫星通信、雷达系统以及移动通信等领域。
抛物面天线作为微波通信系统中重要的组成部分，其设计和优化对信号的传输质量起着至关重要的作用。
抛物面天线通过其抛物线形的反射面能够实现信号的集中及发射，具有较高的增益和方向性。
合理设计抛物面天线对于提高通信系统的传输效果至关重要。
本文将从微波通信技术概述入手，介绍微波通信技术的基本原理和发展现状；接着详细介绍抛物面天线的设计原理和方法，探讨如何优化抛物面天线以提升通信系统的性能；然后将深入探讨微波通信技术与抛物面天线的应用，并通过设计实例分析展示其在实际系统中的应用效果；最后结合研究成果总结，展望未来微波通信技术与抛物面天线设计的发展方向。
1.2 研究目的研究目的：本文旨在探讨微波通信技术与抛物面天线设计的相关内容，对微波通信技术的概念、原理及抛物面天线设计方法进行深入解析。
通过对微波通信技术的概述，可以了解微波通信在现代通信领域的重要性和应用价值，为今后的通信技术发展提供参考依据。
深入研究抛物面天线设计原理和方法，可以为实际应用中的天线设计提供理论支持和指导，提高通信系统的性能和可靠性。
通过探讨微波通信技术与抛物面天线的应用情况和设计实例分析，可以为工程技术人员提供实践经验和设计思路。
最终，总结研究成果并展望未来发展方向，旨在为相关领域的研究和实践提供有益参考，推动微波通信技术和抛物面天线设计的进步与发展。
2. 正文2.1 微波通信技术概述微波通信技术是一种通过微波频段进行通信的技术，其使用频率通常在1GHz至300GHz范围内。
微波通信技术具有高速传输、大容量、抗干扰性强等优点，因此在现代通信领域得到广泛应用。
抛物面天线的工作原理
抛物面天线的工作原理抛物面天线是一种常用的天线类型，其工作原理基于抛物面反射的特性。
它由一个金属抛物面反射器和一个位于焦点处的辐射源组成。
下面将详细介绍抛物面天线的工作原理。
1. 抛物面反射特性：抛物面具有特殊的反射特性，当入射光线平行于对称轴时，反射光线会汇聚到焦点处。
这种特性被应用到天线设计中，使得抛物面天线能够将辐射源的能量集中在一个方向上。
2. 辐射源：抛物面天线的辐射源通常是一个位于焦点处的天线元件，如一个偶极子或一个小孔。
当辐射源被激发时，它会向各个方向发射电磁波。
3. 焦点处的能量聚集：抛物面天线的抛物面反射器会将从辐射源发出的电磁波反射并聚集到焦点处。
由于抛物面的形状，电磁波在抛物面上的反射角度与入射角度相等，从而使得反射的光线能够准确地汇聚到焦点处。
4. 辐射方向和增益：由于抛物面天线的特殊设计，它能够将辐射源的能量集中在一个方向上，形成一个窄束的辐射。
这使得抛物面天线具有较高的增益，即在主瓣方向上辐射功率较大。
5. 聚焦效应：抛物面天线的聚焦效应使得它在接收和发送信号时能够提高信号强度。
在接收模式下，抛物面天线能够将来自特定方向的信号聚焦到焦点处，提高接收灵敏度。
在发送模式下，抛物面天线能够将辐射源的能量聚集到一个方向上，提高发送功率和传输距离。
6. 多频段应用：抛物面天线可以设计成多频段应用的天线，通过调整辐射源的尺寸和形状，可以实现在不同频段上的工作。
这使得抛物面天线在通信系统中具有广泛的应用。
总结：抛物面天线利用抛物面反射的特性，将辐射源的能量集中在一个方向上，形成窄束辐射，具有较高的增益和聚焦效应。
它在通信系统中被广泛应用于卫星通信、雷达系统、微波通信等领域。
通过合理的设计和优化，抛物面天线能够实现高效的信号传输和接收，提高系统性能和通信质量。
双频宽带毫米波天线的设计及实际应用
双频宽带毫米波天线的设计及实际应用
随着5G通讯技术的发展，毫米波通信正成为其中重要的一部分。
毫米波通信频段高、波长短，具有大带宽、低延迟、高速率等特点，适用于多种通信场景，包括高速移动通信、智能车联网、工业物联网等。
而双频宽带毫米波天线的设计与实际应用则成为了毫米波通
信实现的重要关键。
双频宽带毫米波天线的设计需要满足带宽宽阔、频率稳定、天线尺寸小等要求。
其中
一个常用的设计是采用反射式毫米波天线。
该天线的基本原理是通过组合天线的馈电元件
和反射面，使辐射达到需要的效果。
在设计中，需要考虑天线的频段、方向图、增益、匹
配等参数。
一般采用微带线馈电方式进行设计，其优点是尺寸小、制造方便、低成本，适
合于密集化布局的通信场景。
实际应用中，双频宽带毫米波天线广泛应用于5G通信中的基站天线、移动设备天线等领域。
在基站天线方面，采用双频宽带毫米波天线可实现高速率、低延时的通信，适用于
高密度、高速移动的通信场景，如机场、车站等公共场所。
在移动设备天线方面，双频宽
带毫米波天线可以为5G手机提供更大的覆盖范围和更加稳定的信号传输，同时减少了天线的体积和重量，方便携带和使用。
总之，双频宽带毫米波天线的设计及实际应用对于5G通讯技术的发展具有至关重要的作用。
通过合理的设计和应用，可以实现高效、稳定、高速的通信，为各种场景提供更加
优质的服务。
随着技术的不断进步和发展，相信双频宽带毫米波天线将在未来的通信领域
中扮演更加重要的角色。
抛物面天线反射体结构设计的基本思路
抛物面天线反射体结构设计的基本思路抛物面天线反射体在电磁波通信中被广泛应用，其设计涉及到多种因素。
本文就需要考虑的主要因素和设计思路进行讨论。
设计思路：抛物面设计反射面主要是保证电磁波有最佳的反射效果，反射的波必须与主辐射方向成一定的入射角，该角度根据反射面曲线来进行调整，以保证反射波在相应范围内尽量集中。
主要因素：1. 抛物面形状抛物面反射体结构的设计与抛物面的形状息息相关，主要是抛物线曲线。
抛物面的高度到直径比例决定了反射能力的最大范围。
高度增加只会增加获得信息的竖直范围，直径增加将增加电磁波反射的最大水平范围。
因此，抛物面反射体的形状必须根据其所需应用环境和特定要求来决定，不同的应用需要不同的抛物面反射体结构。
2. 材料抛物面反射体的材料需要具有良好的反射性能，同时还要经受各种温度、湿度、压力等环境因素的考验。
根据要求，可以使用金属、塑料或其他材料来制造反射面曲面，3. 大小根据其应用环境和具体用途等因素，反射体的大小也有所不同，设计必须根据需要来确定。
有时反射体需要很大，可以使用分段制造的方法，将分段反射面之间衔接良好，以形成完整的反射面。
同时，反射体的尺寸也受限于制造成本的考虑。
4. 反射体边缘形状反射体边缘的形状直接影响电磁波的反射准确度。
通常情况下，边缘上采用类似于双曲线的形状，并在曲线的各个点之间采用不同的反转方式，以确保反射的电磁波是准确无误的。
5. 抛物面反射体的位置根据天线发射的信号与接收的信号之间的距离和范围，反射体的位置也会有所不同。
在垂直天线使用时，反射体应放置在天线顶端或从天线顶部悬挂。
在平面天线使用时，反射体应全部包围在天线周围。
在网络通信中，反射体通常被放置在接收器面前，以扩展信号的覆盖范围。
总之，抛物面天线反射体结构的设计是一个多要素综合考虑的过程，在选择反射体位置、形状、大小、材料等方面都需要寻求最佳的平衡点，以满足特定的通信需求。
相关数据是指在研究或实验过程中采集到的数据，其中包括数量数据和质性数据。
毫米波多波束介质透镜天线的设计
（3）
+ [C - (F + T)]cosα
式中 C 为不小于 F+T 的常数。给定参数 F、T、
D、α、n 和 C 的值即可得到 F2(0,-a)到该等相位面的 等光程常数 K。
最后，根据 Snell 定律和等光所示，假定透镜照明面上任一入射点为
Q(F,y0)，对应的出射点为 P（x,y）。令 Q 点的入射 角为γ1，折射角为β1，由 Snell 定律和等光程条件得
线形状即可。
图 1 中，假定馈源相位中心位于 F2(0,-a)，根据 Snell 定律和等光程条件，利用射线追踪法即可确定
透镜的曲面轮廓曲线。具体设计过程如下：
首先，追踪通过点 F2(0,-a)、Q0(F,-b)和 P0(F+T,0)
的射线,根据 Snell 定律，得到 a 和 b 与已知量的关系。
丁晓磊 徐 磊
(航天长征火箭技术有限公司 100076)
摘 要：本文提出了一种多波束介质透镜天线的设计方法，并给出了具体的设计过程和关键公式。该方法既 适用于大扫描角透镜,又适用于小扫描角、短焦距透镜天线的轮廓设计。通过一个毫米波多波束介质透镜的研 制过程证明,该方法不仅简单易行，而且设计的透镜天线纵向尺寸短、易于加工。对馈源形式分别为单波束角 锥喇叭和单脉冲多模喇叭的情况进行了透镜性能测试，实测结果满足设计要求。 关键词：多波束，透镜，扫描角
毫米波封装天线的设计与实现
毫米波封装天线的设计与实现随着无线通信技术的快速发展，毫米波频段的应用越来越广泛。
毫米波具有高带宽、高速率和低延迟等优点，因此在通信、雷达、电子对抗等领域具有广泛的应用前景。
然而，毫米波信号的传输受到大气窗口、传输损耗、噪声等因素的限制，因此需要研究毫米波封装天线的设计与实现，以提高天线的性能和可靠性。
毫米波封装天线的研究背景主要有两个方面：一方面，随着无线通信技术的发展，毫米波频段的应用越来越广泛，例如，第五代移动通信（5G）、微波毫米波通信、卫星通信等；另一方面，由于毫米波传输的限制，需要研究毫米波封装天线以提高其性能和可靠性。
毫米波封装天线的设计过程包括以下几个方面：在选择材料时，需要考虑到材料的电磁特性、机械强度、耐高温性能等因素。
常用的材料包括金属、陶瓷、塑料等。
其中，金属材料具有高导电性和高导热性，适用于高性能的封装天线；陶瓷材料具有高耐温和高可靠性，适用于高频率和低损耗的封装天线；塑料材料具有轻质、低成本和易于加工的特点，适用于大规模生产。
封装形式的确定需要考虑天线的性能、尺寸、重量等因素。
常见的封装形式包括球面封装、平面封装、阵列封装等。
其中，球面封装具有高辐射效率和低交叉极化性能，适用于高频率和高增益的天线；平面封装具有低成本和易于集成的优点，适用于低频率和低增益的天线；阵列封装具有高方向性和高增益性能，适用于大规模部署和远距离传输。
在设计中，还需要考虑到多种因素的影响，例如，天线辐射模式、馈电方式、安装方式等。
这些因素都会直接影响到天线的性能和可靠性。
因此，在设计中需要综合考虑，以达到最佳的设计效果。
（1）根据应用需求，确定天线的频率、增益、尺寸等参数；（2）选择合适的材料和封装形式；（3）根据所选材料和封装形式，进行天线设计和仿真；（4）加工和制作天线样品；（5）对天线样品进行测试和评估，包括频谱、方向图、增益等指标。
在设计中，需要注意以下几点：（1）由于毫米波信号的传输受限于大气窗口，因此需要在设计时考虑到信号的传输效率和可靠性；（2）由于毫米波信号的高频特性，需要考虑到信号的衰减和散射；（3）由于毫米波信号的窄带宽特性，需要优化信号的调制和解调技术；（4）由于毫米波天线的尺寸较小，需要精确控制天线的位置和指向。
双频宽带毫米波天线的设计及实际应用
双频宽带毫米波天线的设计及实际应用一、双频宽带毫米波天线的设计原理1.双频宽带天线双频宽带天线是指在不同频段上具有良好的频率特性的天线，其通过合理的结构设计和优化的参数配置，可以在多个频段上实现高效的发射和接收。
在毫米波通信系统中，由于频谱资源相对丰富，因此双频宽带毫米波天线的设计尤为重要。
2.毫米波天线设计要点在设计双频宽带毫米波天线时，需要考虑以下几个关键要点：（1）频率范围要求：双频宽带毫米波天线需要在两个特定的频段上实现良好的频率特性，因此需要根据实际应用需求确定频率范围。
（2）辐射特性：天线的辐射特性直接影响其在通信系统中的性能表现，因此需要通过优化天线结构和参数配置，实现良好的辐射特性。
（3）结构复杂度：双频宽带毫米波天线的设计需要考虑其结构的复杂度，包括天线的尺寸、形状、材料等因素，需要在保证性能的前提下尽可能简化结构。
3.设计方法针对双频宽带毫米波天线的设计，可以采用多种方法进行优化，包括天线结构的仿真分析、参数优化设计、多天线阵列的组合等手段，以实现双频宽带毫米波天线的理想性能。
1. 通信系统双频宽带毫米波天线在通信系统中具有广泛的应用前景，可以用于5G通信系统中的基站天线、移动通信终端天线、室内分布式天线系统等领域。
其双频宽带的特性，可以满足不同频段的通信需求，为通信系统的性能提升提供了有力支持。
2. 智能交通双频宽带毫米波天线还可以应用于智能交通系统中，用于车载通信设备、车联网系统的通信天线等领域。
通过双频宽带毫米波天线的应用，可以实现车辆与车辆之间、车辆与路侧设施之间的高速、稳定的通信连接，为智能交通系统的发展提供了有力支持。
3. 无人机与机器人在无人机和机器人领域，双频宽带毫米波天线的应用也具有重要意义。
通过双频宽带毫米波天线实现无人机与地面控制站之间的高速、稳定的数据通信，可以实现对无人机的远程控制和实时监控。
双频宽带毫米波天线还可以用于机器人的通信系统中，实现机器人与外部控制设备之间的数据传输，为机器人技术的发展提供了技术支持。
多波束抛物面天线设计的若干问题
多波束抛物面天线设计的若干问题XSome Problems with the Design ofMultiple -Beam Parabolic Antenna施浒立1,2(1.杭州电子工业学院,杭州310037;2.国家天文台,北京100012)SHI Huli 1,2(1.H ang z hou I nstitute of Electronic Engineer ing ,H angz hou 310037)(2.N ational A stronomical Observ atory ,B eij ing 100012)【摘要】 本文介绍了抛物反射面的聚焦特性,指出除了主轴点状聚焦以外,尚存在偏轴非点状聚焦。
还讨论了抛物反射面的多波束天线有关设计中的几个问题。
最后介绍了典型的多波束抛物反射面天线。
关键词: 反射面天线,多波束天线,聚焦Abstract : T his paper intr oduces focusing features o f a r eflecto r antenna .I t is point ed outthat besides t he fo cus o n t he a xis ,ther e are fo cusing off the ax is.So me pr o blems w ith the designof mult iple-beam para bo lic antennas ar e discussed.Some mult iple-beam antennas ar e int ro duced atthe end o f the paper.Key terms : Reflect or ant enna ,M ult iple -beam antenna ,F ocusing一、抛物反射面的聚焦特性分析天线反射面是电磁能量汇集器,当进入口径平面的电磁波照射到凹形反射面后,电磁能量汇聚,最佳汇聚状态是所有能量汇聚到一个焦点,通常称为点状聚焦。
一种多波束抛物面天线的设计与分析
收稿日期:2002-06-13作者简介:雷 娟(1979-),女,西安电子科技大学硕士研究生.一种多波束抛物面天线的设计与分析雷 娟,万继响,傅德民,傅 光(西安电子科技大学天线与电磁散射研究所,陕西西安 710071)摘要:应用物理光学方法对用于卫星通信的多波束抛物面天线进行了设计与分析,提出了任意形状口径面的处理思想,可方便、有效地计算口径面形状任意、馈源数目任意、馈源放置位置任意的多波束抛物面天线的方向图.最后,用波束优化思想对馈源尺寸及位置进行不断调整,从而使各波束半功率波瓣宽度及偏焦角度达到设计要求,并给出了各组波束方向图.将给定馈源尺寸的抛物面天线的计算结果与GRASP 软件仿真结果比较,具有良好的一致性.关键词:多波束;多馈源;任意口径形状;抛物面天线中图分类号:TN823+127 文献标识码:A 文章编号:1001-2400(2003)03-0399-04Design and analysis of a mult-i beam parabolic reflector antennaLEI juan,W AN Ji -xiang,FU De -min,FU Guang(Research Inst.of An tennas and E M Scattering,Xidian Univ.,Xi c an 710071,China)Abstract: A desi gn and accurate analysis of a mult-i beam parabolic reflector has been made for satellitecommunication by the physical optics method (PO method).An idea for treating the arbitrary reflector aperture ispresen ted,which is convinient and efficient to calculating the radiation characteristics of the mult-i beam parabolicreflector antenna with the mult-i feed and arbitrary reflector aperture.Finally,based on the concept of beamopti mization,the size and position of reflector feeds are modified to meet the requirements.The radiation patterns ofeach beam are also given.The results obtained are in good agreement with GRASP software p s simulated values.Key Words: mult-i beam;mult-i feed;arbitrary reflector aperture;parabolic reflector antenna为了获得高增益,在通信、雷达及射电天文等设备中广泛采用反射面天线.标准反射面天线的基本分析方法以物理光学方法[1]为理论基础,文献[2,3]给出其远区场计算公式及馈源场的计算公式.然而,在实际应用中,为了形成多波束且各波束E 面方向图及H 面方向图有不同的半功率波瓣宽度,需用馈源阵列来照射截割抛物面天线[4].为了设计这种类型的天线,笔者介绍了一种口面形状任意、采用多组馈源以形成多组波束的抛物面天线的设计与分析方法[5].通过对馈源尺寸及安放位置进行设计及调整,可准确计算口面形状任意、馈源数目任意、馈源位置任意的单反射面天线的方向图,因而可满足实际需要.1 理论基础馈源辐射的电磁波投射到抛物面内表面,在其上感应面电流,所以抛物面内表面的每一面元都成为辐射单元.要计算抛物面天线的辐射场,须先求出馈源辐射场在反射面上激励的面电流密度分布,再求出抛物面的辐射场.在求抛物面面电流密度时,须作一些假设:反射面位置处于馈源场的远区;不考虑反射面背面电流分布影响;忽略反射面对馈源的影响等.考虑图1所示反射面天线:馈源处于空间内任意位置,其相位中心与反射面上任意一点M 的夹角为H f ;远区场点坐标为(R,H ,<).则此反射面天线远区辐射场为E (H ,<)=-j k G exp(-j k R )4P R ( I -R R)ks c J(r)exp(j k Q c #R)d s c ,(1)2003年6月第30卷 第3期 西安电子科技大学学报(自然科学版)JOURNAL OF XIDIAN UNIVERSITY Jun.2003Vol.30 No.3图1 馈源处于任意位置的抛物面天线示意图式中J(r)为反射面上的电流密度.抛物面积分面元d s c =4F 2(1+cos H f )2cos (H f /2)#sin H f d H f d <f .(2)当反射面尺寸远大于工作波长时,馈源发出的电磁波在抛物面上任意点激励起的电流,可看成是电磁波在与该点相切的导体平面上激励起的电流,即反射面上的面电流密度矢量J =n @(H f +H r )=2n @H f ,(3)又H f =(1/G )Q @E f ,(4)将式(4)代入式(3),则抛物面上电流密度J =(2/G )n @(Q @E f )=(2/G )[(n #E f )Q -(n #Q )E f ]=(2/G )[Q E f H sin (H f /2)+cos (H f /2)E f ] ,(5)图2 馈源示意图其中n =-cos (H f /2)Q +sin (H f /2)H f 为抛物面的单位法线.Q =QQ =[2F /(1+cos H f )](sin H f cos <f x f +sin H f sin <f y f +cos H f z f ),E f 为馈源入射电场,H f 为馈源入射磁场.则抛物面远区辐射场分量为E H =-j k G exp(-j k R )4P R k s c (J (r)#H )exp(j k Q c #R )d s c ,E <=-j k G exp(-j k R)4P R ks c (J(r)#<)exp(j k Q c #R )d s c .(6) 抛物面天线的方向性依赖于馈源,馈源方向图应与抛物面张角配合,尽可能减小越过抛物面边缘的能量漏失,使口径照射均匀.而且,馈源应有固定的相位中心,否则将引起方向图相位畸变.笔者以N 个喇叭阵列作为馈源,见图2所示,其口径较小,口径场相位偏差不大,可近似认为馈源口径有同相场.N 个馈源阵列的入射总场为E =E N i=1j k E 0P R 2(i)k 1/24a(i)P exp(-j k r )4P r exp j k 2R 2(i)v 2#1+cos H f 2cos ka(i)u 21-ka(i)u P2{c[r 2(i )]-c[r 1(i)]-j s[r 2(i)]+j s[r 1(i)]}(H f sin <f +<f cos <f )exp[j k (x (i)u +y (i)v)] ,图3 抛物面口径面平面图式中u =sin H f cos <f ,v =sin H f sin <f ,r 1(i)=k P R 2(i)1/2-B (i)2-R 2(i)v , r 2(i)=k P R 2(i)1/2B(i )2-R 2(i)v . R 2(i)为各组E 面喇叭的轴长,B(i )为其E 面的宽度,a(i)为其H 面高度.抛物面天线的口径面可用N 边形近似模拟.在极坐标系中x f =Q sin H f cos <f ,y f =Q sin H f sin <f ,从而可确定积分边界,进而再积分求和可得远区场,如图3所示.以区域a 为例,由口径面具体尺寸求得边b 方程为400 西安电子科技大学学报(自然科学版) 第30卷2tan H f 2=480K (15cos <f +7sin <f )f,其中f 为抛物面焦距,K 为工作波长.又A =P /2-arctan (25K /15K ),所以区域a 的辐射场为E a (H ,<)=-j k G exp(-j k R)4P R ( I -R R )Q A 0Q H f0J(r)exp(j k Q c #R )d H c d <c .由于任意形状口径面都可以用多边形来近似,因而上述方法具有通用性.2 计算结果211 抛物面天线构型及技术指标天线口面总尺寸为64K @30K ,焦距为23K ,馈源为E 面喇叭阵列且沿30K 向依次排列,如图2.其极化形式为垂直极化.根据给定的设计要求,此天线需产生3组波束宽度,分别为2175b ,3115b ,2154b ,且有一定偏焦角度的波束;要求E 面旁瓣电平小于-20dB ,H 面旁瓣电平小于-17dB.文中,口径面以六边形近似,如图3所示.212 计算结果为了验证上述方法的有效性,在焦平面内、关于z 轴对称位置,沿x 轴安置两给定尺寸喇叭作为馈源(图2中2,3喇叭)并进行计算后,与GRASP810反射面天线分析软件计算结果比较,如图4,图5所示,吻合良好,从而说明了上述方法有效.图4 E 面方向图图5 H面方向图图6 中间波束方向图(2,3)图7 向上偏焦波束方向图(1,2)文中,采用4个E 面喇叭组成阵列馈源以形成多组波束,如图2.喇叭在焦平面内沿x 轴依次放置.1,2,3,44个馈源两两一组形成3组波束,其方向结果如图6~8.3组波束E 面主瓣宽度分别为2178b ,3114b ,2160b ,偏焦角度分别为0b ,2135b ,2106b .H 面主瓣宽度分别为1104b ,110b ,1108b ,无偏焦.中间波束E 面第一副瓣电平为-2617dB ;H 面第一副瓣电平为-2712dB;向上偏焦波束E 面第一副瓣电平为-27.3dB(左)与-2214dB(右);H 面第一副瓣电平为-2510dB;向下偏焦波束E 面第一副瓣电平分别为-2610dB(左)与-3415dB(右);H 面第一副瓣电平为-2210dB,均已达到设计要求.由计算结果发现,抛物面天线H 面方向图的主瓣宽度比E 面的窄,且方向图形状几乎保持不变.这是因为馈源在抛物面上激起的表面电流密度分布,在H 面比E 平面均匀.抛物面表面激励场强越均匀,表面电流401第3期 雷 娟等:一种多波束抛物面天线的设计与分析图8 向下偏焦波束方向图(3,4)密度越均匀,次级方向图主瓣越窄.而且,天线馈源只在垂直方向偏焦,在水平面无偏焦,故E 面方向图发生偏焦而H 面不发生.中间两个喇叭馈源位置对称,所以波束不偏焦;上面两个喇叭及下面两个喇叭分别形成了向下及向上偏焦的波束,因为喇叭尺寸及放置位置不同,所以偏焦角度不同.3 结束语笔者设计了一种以喇叭阵列作为馈源的多波束反射面天线,并应用物理光学方法计算了它的辐射特性.文中将所计算的方向图与分析软件GRASP810所算方向图进行了比较,结果在主瓣范围内吻合良好,在-20dB 以下即副瓣范围误差不超过018dB.与专用软件相比,应用上述方法可节约计算资源及计算时间,且各项指标均可达到设计要求.由于反射面与馈源的实际加工所需时间较长,所以暂无实验结果.参考文献:[1]刘 英,赵维江,龚书喜1计算物理光学积分的几种数值方法的分析[J]1西安电子科技大学学报,2001,28(4):542-545.[2]Scott C.Modern Methods of Reflector Antenna Analysis and Design[M ].Boston:Artech House,1990.15-23.[3]康行健1天线原理[M ]1北京:国防工业出版社,1995.[4]U eno K.Multibeam Antenna Using a Phased Array Feed Reflector[A].IEEE Antennas and Propagati on Society International Symposium:Vol 2[C].New York:IEEE,1997.840-843.[5]Wood P J.Reflector Antenna Analysis and Design[M].Stevenage:Peter Peregrinus,1980.(编辑:郭 华)(上接第380页)通过上述分析可知,修正方案的安全性有保证.同时,对方案的修正不会影响原方案的所有特性.4 结 论为了允许用户自由选择他们的口令,安全的认证方案应当采取措施保护口令弱选择的缺陷.笔者指出了Chien 等改进的认证方案无法防止攻击者进行猜测攻击,并提出了一个新改进的方案.新方案能够有效地阻止有关攻击,同时,通过分析几种不同的攻击手段说明了新方案的安全性.因此,新修正方案在保持原方案的高效前提下能克服猜测攻击和其他有关攻击.参考文献:[1]Chang C C,Liao W Y.A Remote Pass word Authentication Scheme Based Upon ElGamal p s Signature Scheme[J].Computer &Security,1994,13(2):137-144.[2]Chang C C,Wu T C.Remote Pass word Authentication With Smart Cards[J].IEE Proc E,1991,138(3):165-168.[3]Wu T C.Remote Login Authentication Scheme Based on a Geometric Approach[J].Computer Communications,1995,18(12):959-963.[4]Hwan g M S.Cryptanalysis of a Remote Login Authentication Scheme[J].Computer Communications,1999,22(8):742-744.[5]Chien H Y,Jan J K,Tseng Y M.A Modified Remote Login Au thentication Scheme Based on Geometric Approach[J].Journal ofSystems and Software,2001,55(3):287-290.[6]Li G,Lomas M A,Needham R M ,et al.Protecting Poorly Chosen Secrets from Guessing Attacks[J].IEEE Journal on Selected Areasin Communications,1993,11(5):648-656.(编辑:郭 华) 402 西安电子科技大学学报(自然科学版) 第30卷。
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文章编号:1001-2486(2002)01-0063-04毫米波多波束抛物面天线分析和设计X尹家贤,刘克成,刘培国,毛钧杰(国防科技大学电子科学与工程学院,湖南长沙 410073)摘 要:首先应用FDTD 对毫米波多波束波导裂缝馈源进行分析计算,讨论了馈电波导及辐射缝结构对馈源方向图的影响,然后用物理光学法由抛物面上电流计算抛物面天线方向图,方向图的计算结果和测试结果相当吻合,这证明方法的有效性。
关键词:FDTD;抛物面天线;多波束天线中图分类号:TN82 文献标识码:AAnalysis and Design of mm_wave MultibeamParaboloidal Reflec tor AntennaYIN Jia -xian,LIU Ke -cheng,LIU pe-i guo,MAO jun -jie(College of Electronic Science and Engineeri ng,National Univ.of Defens e Technology,Changs ha 410073,Chi na)Abstract:The fini te -difference time -domain method (FDTD)is used to analyze the slots feed of paraboloidal reflector antenna 1The effects of feed waveguide and shape of radiation slots on feed patterns are also discussed 1The paraboloidal reflector an tenna patterns are presented by using physical op tics,and the numerical results are compared wi th experi mental results,and the comparison shows excellent agreement over a wide angle 1Key words:FDTD;paraboloidal reflector antenna;multibeam antenna多波束抛物面天线在雷达、微波通讯系统、无线电天文学等领域有广泛的应用,其分析设计方法以几何光学和物理光学为主[1]。
由于抛物面是电大尺寸,用这种方法计算是合理的。
但是对于馈源和馈电结构来说,其尺寸往往是波长的量级,并且馈电和支撑结构往往成为二次辐射源,用物理光学法很难计算。
矩量法虽可得到较为精确的结果,但由于结构的复杂性,计算也相当困难,还未见到公开发表的文献。
本文应用目前在电磁计算领域最流行的、也是功能比较强大的电磁场数值计算方法)))时域有限差分法(FDTD)[2]分析计算馈源及馈电结构,然后用物理光学法计算多波束抛物面天线各波束的方向图。
我们发现这种混合方法能明显改进精度,为抛物面天线设计的优化提供了新的途径。
1 天线结构本文所讨论的算例是一个毫米波多波束抛物面天线,直径波长比D/K U 15,采用前馈抛物面的形式,如图1所示,这种馈电方式结构较为紧凑,对称性好,阻挡小,作为小口径天线的应用较为合理。
受毫米波传输线的限制,馈线采用波导形式,馈电波导的尺寸和馈电缝的结构作为优选参量,研究天线的辐射性能。
2 计算方法211 馈源方向图计算21111 馈源FDTD 模型如图2所示,馈源完全被计算的网格空间所包围,网格的四周为完全匹配吸收层(PML)[3],计 X 收稿日期:2001-08-30基金项目:国家自然科学基金资助项目(59972042)作者简介:尹家贤(1964)),男,副教授,在职博士生。
第24卷第1期国 防 科 技 大 学 学 报J OURNA L OF NA TIONA L UNIVERSI TY OF DEFENSE TECHNOLOGY Vol 124No 112002图1 波导缝隙馈电多波束抛物面天线1)馈电波导 2)背腔 3)辐射缝对Fi g 11 Multibeam paraboloid antenna with waveguide slot feed1)waveguide,2)back cavity,3)slots图2 馈源FDTD 计算模型Fi g 12 The FD TD computational model offeed算表明馈电波导表面在靠近辐射缝端有较大的电流,对馈源的方向图有较大影响,而靠近抛物面的波导表面电流相对较小,但为尽可能地减小由于馈电波导截断而引起的方向图计算误差,网格的边界在馈电波导方向尽量靠近抛物面,以便把尽可能长的馈电波导包围在网格空间中。
馈电波导深入到PML 中。
21112 馈源等效面选取等效面的选取有两条原则:一是等效面要完全包围馈源的辐射头及馈电波导;二是等效面不能在PML 中。
21113 计算空间减小中间波导馈电时,馈源在E 面(波导窄壁方向)和H 面(波导宽壁方向)是对称结构,因此可以只计算网格空间的四分之一,在波导的宽壁方向采用电壁分隔,波导的窄壁方向采用磁壁分隔。
边上波导馈电时,馈源只在E 面是对称结构,因此可以计算网格空间的二分之一,在波导的宽壁方向采用电壁分隔。
21114 馈源远场方向图计算在FD TD 迭代网格中,每一处的电场和磁场都是已知的,由此可以得到等效面上的电流和磁流,由等效面上的电流和磁流按自由空间矢量位公式就可得到馈源的远场方向图。
图3 抛物面上电流计算坐标Fig 13 Calculating coordinate of paraboloid p s surface currents212 抛物面远场方向图计算抛物面远场方向图用物理光学方法计算,图3表示计算原理。
等效面上电流和磁流都将在抛物面上产生场,由此,它将在抛物面上激励电流:64 国防科技大学学报2002年第1期J (x s ,y s )=2n ^@H i (x s ,y s )(1)式中H i 为等效面在抛物面上点(x s ,y s )处产生的磁场,n^为该处抛物面法线单位矢量。
由抛物面上各点的J 得到的方向图就是抛物面的远场方向图。
由于我们只计算抛物面主极化方向图,因此只需要计算抛物面上y 方向电流J y ,,根据自由空间矢量位计算公式,得到抛物面远场方向图计算公式如下:E H =-j XL e -j kr 4P r cos H sin U k s cJy e j kr c cos 7d s c (2)E U =-j X L e -j kr4P r cos U k s c Jy e j kr c cos 7d s c (3)式中r,H ,U 为场点的坐标,C c ,H c ,U c 为源点的坐标,W为源点射线和场点射线之间的夹角。
图4 馈源幅相方向图Fig 14 The feed pattems3 计算结果首先计算的是馈源的幅度和相位方向图,从计算的结果发现辐射缝的形状和馈电波导尺寸对馈源方向图有较大的影响。
馈电波导外壁上的电流主要是在宽壁上,而宽壁上的电流在上下两壁是反向的,此电流的辐射叠加到缝的辐射上使馈源E 面方向图形成较大波纹起伏,馈电波导越薄,宽壁上下两壁上的电流之间的距离越小,馈源E 面方向图的起伏越小。
辐射缝的形状主要影响馈源的相位方向图,改变辐射缝的形状使馈源的E 面、H 面相位方向图变化趋势一致,这样改变馈源在抛物面轴线上的位置就可以进行相位修正。
图4的馈源方向图所对应的馈源尺寸如下:馈电波导为(711@115)mm 2,缝口径为(8@2)mm 2,缝形状为弧形,E 面间距为715mm,H 面间距为815mm 。
图中正馈表示馈源在抛物面轴线上,偏馈表示馈源在H 面偏离抛物面轴线815mm,从图中不难看出偏馈的65尹家贤等:毫米波多波束抛物面天线分析和设计馈源方向图幅度和相位起伏都小于正馈馈源,这表明波导对正馈馈源的影响较大,而对偏馈馈源的影响较小,从抛物面的口面场来说,偏馈时优于正馈,实际测量结果:偏馈时抛物面增益比正馈大112dB,与数值分析结论一致。
图5 正馈抛物面天线方向图Fig 15 Radiation patterns of paraboloidal reflector antenna with focusedfeed图6 偏馈抛物面天线方向图Fig 16 Radiation patterns of apraboloidal reflector antenna with defocused feed图5、图6为抛物面天线正馈和偏馈时E 面和H 面的计算和测量方向图,在主瓣和第一副瓣范围内方向图的计算值与测量值相当吻合,在远副瓣位置方向图的计算值和测量值误差稍大,如果再结合GTD 或物理绕射理论,可能得到更好的结果。
4 结论用FD TD 方法直接计算馈源的辐射场,提高了抛物面天线的口径场计算精度,使调整馈电结构参量有正确的依据,根据馈源场分布,用物理光学法可分析计算整个抛物面天线的方向图,从而能优化天线设计,由计算结果与测量结果的比较表明,这种混合计算方法是可靠的。
参考文献:[1] 杨可忠,杨智友,章日荣.现代面天线新技术[M ].北京人民邮电出版社,1993.[2] 王长清,祝西里.电磁场计算中的时域有限差分法[M ].北京大学出版社,1994.[3] Jean -Pierre Berrenger 1Three -di mens ional perfectly matc hed layer for the abs orpti on of electromagnetic waves [J]1Journal of computational physics,1996,(127):363-379166 国防科技大学学报2002年第1期。