宽带双极化四脊圆喇叭天线的分析与设计

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宽带、双极化四脊喇叭馈源研究

宽带、双极化四脊喇叭馈源研究高喜;李思敏;刘扬清;于新华;姜彦南【摘要】研制了一种用于抛物面天线馈源的高性能宽带、双极化四脊喇叭天线.利用三维全波电磁场仿真(Computer Simulation Technology,CST)软件分析了喇叭天线中后腔的形状和结构参数以及馈电探针位置对天线驻波比的影响,对天线的整体结构参数进行了优化,并对其进行加工测试.模拟和实验测试结果表明:采用渐变后腔,并取合适的结构参数和馈电探针位置,馈源天线能得到最佳驻波比,在4～12GHz 的工作频带范围内小于2、-12 dB的边缘照射角大于90°,馈源的其它电性能参数符合设计要求.【期刊名称】《电波科学学报》【年(卷),期】2013(028)002【总页数】4页(P337-340)【关键词】双极化;喇叭天线;驻波比【作者】高喜;李思敏;刘扬清;于新华;姜彦南【作者单位】桂林电子科技大学信息与通信学院,广西桂林541004;桂林电子科技大学信息与通信学院,广西桂林541004;桂林安德立通信技术有限公司,广西桂林541004;桂林电子科技大学信息与通信学院,广西桂林541004;桂林电子科技大学信息与通信学院,广西桂林541004【正文语种】中文【中图分类】TN82引言随着电子对抗以及电子侦察技术的发展，要求天线具有宽频带、极化可变等特性.抛物面天线在雷达系统中经常被用作收发天线，而高性能的宽频带馈源系统的设计，能够有效改善抛物面天线的工作性能，并实现天线小型化，从而实现整个雷达系统的小型化，增加其隐蔽性.但是，对于反射面天线而言，要设计具有高增益、低副瓣、宽频带，同时要满足主天线两个主平面的边缘照射电平等综合电特性的馈源，具有相当的难度.喇叭天线具有结构简单、易于加工、方向图好、增益高等优点，因此,被广泛用于抛物面天线的馈源.在喇叭天线中采用脊加载方法能极大扩展喇叭天线的工作带宽.如果采用四脊加载，即四脊喇叭，还能够实现双极化要求.因此，采用脊加载喇叭天线作为抛物面天线的馈源具有较大的优越性[1].本文设计了一种具有渐变后腔的4～12 GHz高性能四脊双极化喇叭馈源天线，对脊波导段、喇叭段、后腔以及探针位置对天线辐射特性的影响进行了分析并对参数进行了优化.结果表明，所设计的馈源在整个工作频段内具有低副瓣、高增益特性，在低频端两个主平面的-12dB的边缘照射角大于110°，高频端两主平面的-12 dB的边缘照射角均大于60°.1 基本理论对四脊喇叭天线，当只在某一极化端口激励时，与该极化方向正交的那对脊对天线性能的影响极小，也就是说相互正交的两端口之间的隔离度很好.因此在设计本喇叭天线时，首先设计方形双脊喇叭，得到优化的喇叭以及脊的结构参数，将设计好的双脊复制到喇叭天线的另外两壁上，形成四脊喇叭天线[2].而双脊喇叭天线分为双脊波导、脊加载的喇叭段以及后腔三部分，具体结构如图1所示.在矩形波导中加载膜片能够以几倍量级增加H10模的截止波长，同时H30模式的截止波长降低，从而大大拓宽了其工作频带.对脊波导参数的选择是确保脊加载喇叭天线在整个工作频带范围内单模工作的关键.图1 喇叭天线的纵截面结构为了与同轴线阻抗匹配，假定所设计的脊波导中H10模的特征阻抗ZTE10=50 Ω，根据文献[3]中的方法，选取s/a1=0.2, d/b=0.1.其中s为脊宽，d为脊间距，a1、b为波导的宽和高(这里a1=b).令TE10模的截止频率fTE10=2 GHz (低于天线工作频率的下边频)，得到脊波导的参数为：s=4.2 mm，d=2.1 mm，a1=b=21 mm.在脊喇叭段，脊曲线采用指数曲线形式[4]为y(z)=A1eB1z+C1z ，(1)式中： 0<z<L，z为喇叭中轴线坐标； A1,B1,C1为待定系数，取值分别为：为喇叭的口径.式(1)中线性项C1z能有效缩短天线的轴向长度L，喇叭口径a的取值大于天线最低工作频率的半个波长，L和a的具体取值根据所设计天线电参数的要求进行优化.为了降低驻波，天线的后腔采用渐变腔，以代替通常使用的方形腔，如图1所示，而且脊波导中的脊嵌入在渐变腔内.在这些设计基础上，将设计好的脊复制到喇叭的另外两个光滑壁上，即得到四脊喇叭天线的模型，图2为四壁喇叭天线中脊波导段的横截面结构.图2 方形四脊波导横截面结构2 模拟分析在得到四脊喇叭天线模型的基本参数基础上，利用CST电磁仿真软件对天线的辐射性能进行模拟分析，并对天线的整体结构参数进行优化.由于天线两对脊间的间距较小，而脊又具有一定的厚度，为了使脊不互相接触，对脊的边沿采用45°倒角处理.方向图是天线一个重要的设计指标，通过模拟发现，与普通喇叭天线一样，四脊喇叭天线的方向图和增益主要受喇叭段长度L和喇叭口径面尺寸a的影响：3 dB波束宽度随L和a的增加而减少；增益随L的增加而增加.根据天线增益和波束宽度的要求对L和a进行优化.另一方面，脊间距d、脊宽度s以及脊边沿倒角的角度对天线辐射性能的影响在文献[5]中有详细论述，因此对这一工作的分析在此不再赘述.为了分析天线后腔对天线驻波比的影响，在其他参数一定的情况下，对后腔为矩形结构以及渐变结构进行了对比研究，结果如图3所示.图中显示，当后腔为矩形结构时，天线在工作频段内的驻波比最大值为2.8,而当后腔为渐变腔时，驻波比得到了很大程度的改善，最大驻波比为1.8.因此，采用渐变的后腔结构能有效降低天线的驻波比.图3 不同背腔结构对应的驻波比天线由两个正交且错开的探针馈电，以得到两个不同的极化方向的辐射特性.为了提高天线两个端口驻波比的一致性，采用特制的馈电探针，探针直径φ=0.7 mm，同时将两探针的间距设置尽量小[6].为了研究探针伸入脊波导内部的位置对驻波比的影响，在固定天线其他结构参数情况下模拟了不同探针位置对应的驻波比，结果如图4所示，图中d0表示探针到一对脊中另一膜片端面的距离(见图2).从图4可以看出，天线的驻波比随d0的减少而降低，尤其在低频段，驻波比降低更为迅速，当d0=0 mm，也就是说探针完全伸入到一对脊中另一膜片内部时，天线的驻波比达到最优值，在整个工作频带范围内小于2.究其原因，同轴线的内导体通过第一个脊的腔体，连到第二个脊上形成短路，此时内导体在波导腔中可看作单极子辐射器，同时脊波导的阻抗与同轴线阻抗基本一致，形成良好的阻抗匹配，使输入驻波比得到很大程度的改善.图5为不同频率下天线的远场辐射图.可以看出，该天线具有较好的方向图特性，在整个工作频段增益处于10～13 dB之间.同时，馈源的两个主平面(E面及H面)的-12 dB波瓣宽度在低频端(4 GHz)大于110°，随着频率的升高，波瓣宽度变窄，在高频端(12 GHz)最小，此时E面的-12 dB波瓣宽度为60°，H面的-12 dB波瓣宽度为90°.图4 不同探针位置对应的驻波比f=4 GHzf=8 GHzf=12 GHz图5 天线E面远场辐射方向图3 实验测试在模拟的基础上，对该喇叭进行了加工测试.并在整个工作频段以1 GHz为频率间隔采样点，对天线的方向图特性和驻波特性进行了测试.图 6、7为4～12 GHz之间2个典型频点的E面方向图测量结果及相应CST仿真结果的对比.其中，实线为实验测试结果，虚线为模拟结果.可以看出，测量结果与仿真结果总体上吻合较好.然而在高频段，测试结果与模拟结果之间的差异变大，这主要是由于高频段对应电磁波波长变短，此时加工工艺对测试结果的影响变得明显所致.(a) f=7 GHz(b) f=8 GHz图6 f=7 GHz及f=8 GHz 的E面方向图4 结论设计了一个工作于4～12 GHz的双极化四脊喇叭天线，利用CST软件分析了不同后腔结构及探针位置对天线辐射性能的影响.研究结果表明，天线后腔如果采用渐变结构能有效降低天线的输入驻波比，同时探针的位置对天线驻波比也有很大影响，当探针伸入到一对脊中的另一膜片内部时，天线输入驻波比达到最佳值，在整个工作频带范围内小于2.天线在整个工作频带范围内都具有较好的方向图特性，E面、H面的-12 dB波瓣宽度在低频端大于110°，随着频率升高，波瓣宽度有所降低，但是仍然能满足主天线的要求，总体上，整个频带范围内，-12 dB波瓣宽度均大于60°.实验测试结果与模拟研究结果具有较好的一致性.本文设计的天线适合用作特定情况下抛物面天线的馈源.参考文献[1] 何山红, 傅永生. 分析款频带、双极化、恒束宽四脊喇叭的混合方法[J]. 电波科学学报, 2002, 17(2): 160-164.HE Shanghong, FU Yongsheng. A hybrid method for analyzing quadruple-ridged horns with wide-bandwidth, dual polarization and constant beamwidth[J]. Chinese Journal of Radio Science, 2002, 17(2): 160-164. (in Chinese)[2] PYLE J R. The cutoff wavelength of the TE10 mode in ridged rectangular waveguide of any aspect ration[J]. IEEE MTT, 1966, 14(4):175-183.[3] 藤秀文. 电子战四脊喇叭天线[J]. 电子对抗技术, 1995, 9(4): 22-27.[4] KERR J L. Short axial length broad-band horns[J]. IEEE Tans Antennas and Propagation, 1973, 21: 710-714.[5] 毛岫, 李鹏程, 邓辉, 等. 500MHz～3.5GHz高性能宽带双极化天线的研制[J]. 微波学报, 2008,24(增刊): 93-97.MAO Xiu, LI Peng-cheng, DENG Hui, et al. A high performance 500MHz～3.5GHz broadband and dual-polarized antenna[J]. Journal of Microwave,2008,24(Sup):93-97. (in Chinese)[6] 李彬, 杨永. 宽带双极化四脊圆喇叭天线的分析与设计[J]. 信息与电子工程, 2011, 9(2): 180-184.LI Bin, YANG Yong, Analysis and design of broadband dual-polarized quadruple-ridged circular horn antenna[J]. Information and ElectronicEngineering, 2011, 9(2):180-184. (in Chinese)。

一种S波段宽带双圆极化天线设计

一种S波段宽带双圆极化天线设计本文设计了一种新型宽带高增益双圆极化天线，该天线采用圆形罩杯和多个金属圆盘贴片相结合的层叠结构。

通过改变圆形罩杯和金属圆盘贴片直径的大小来调节天线单元的增益以及天线的阻抗带宽，得到了良好的效果。

天线通过四点正交馈电方法实现圆极化辐射。

馈电网络采用具有低损耗特性空气板线形式的90o电桥和180o环形电桥组成。

通过激励90o电桥两个输入端口实现天线左右旋圆极化变换。

采用商业仿真软件HFSS对天线结构尺寸进行优化设计，仿真结果表明该天线具有结构形式简单、增益高、带宽宽、轴比性能好等优点。

该天线适合用于一些小角度扫描的相控阵天线系统。

标签：圆极化；宽带；高增益；轴比1 引言本文设计了一种通过四点正交馈电的高增益罩杯天线，该天线采用圆形罩杯和金属圆盘贴片相结合。

通过多个圆盘贴片谐振在不同的频点来展宽天线的阻抗带宽，同时利用不同尺寸的反射罩杯来改变天线单元增益。

天线的馈电网络由一个90o电桥和两个180o环形电桥组成。

通过HFSS对天线单元结构尺寸进行优化分析，结果表明天线的S11在工作带宽（2Ghz-2.3Ghz）范围内小于15dB。

天线方向图法向轴比在±13o范围内小于1.5dB，增益大于14dB。

这种结构的圆极化天线在一些小角度扫描相控阵天线系统具有广泛的应用前景。

2 圆极化辐射单元设计天线结构形式如图1所示分为2个部分。

上层为罩杯天线，下层为天线的馈电网络。

罩杯天线为4层结构，上3层为辐射金属圆盘，最下层为金属反射罩杯。

辐射金属圆盘通过一个金属圆柱支撑杆串连起来。

罩杯天线的4个馈电点位于最下层的金属圆盘贴片。

为了实现罩杯天线辐射场的左右旋圆极化可变，天线的馈电网络采用具有低损耗特性空气板线形式的90o电桥和180o环形电桥组成如图2所示。

通过激励90o电桥不同输入端口实现输出端口相位0o、90o、180o、270o 和270o、180o、90o、0o变化。

通过HFSS对天线单元优化仿真。

分析宽频带、双极化、恒束宽四脊喇叭的混合方法

ＨＥｈｇｈｏｇ。ＦＵｇｓｎｇＳａｎ — ｎＹｔｈｅ
ＥＮａ－ｎｓａｒｔ！ｅａＥ／ｃｒｔｃｃｋｙ，Ｎ－ＵｉｇｉｄｓｎｒｇＲｅｅｒｌ埘Ｉｆｅｔ￣．ｅｂｕＪ，ｉｊｉ￣ｉｇ￣【ｎＭ趴ｎｉｎ１
分析宽频带、极化、束宽四脊双恒喇叭的混合方法
何山红。傅永生
【．京电于技术研究所，苏南京２１ｌ：】南江ＩＩｊ：２东南大学转动通信国家重点实验室江掉南京２０３）０６
摘
要
介绍了作为反射面天线馈源的宽颊带、极化、波束四脊喇叭．用有限双恒运
元和模式匹配相结合的记合法详细堆导且计算了四脊喊叭的广义散射矩阵。然后运用口面积分计算了四脊喇叭的辐射远场．出了四脊喇叭和用四脊喇叭做馈源的反给
ａｒｅｅｉｈｔａｃｌｔｄｒｓｌｓｇｅｍｎｔｗｔｈｅｃｌｕａｅｅｕｔ．Ｋｅｗｏｄｙｒｓｑａｒｌ— ｉｇｄｕｄｕｐｅｒｄｅｈｏｎ．ｆｅｒｅｄ．ｆｎ＿ｅｅｌＣ￣ｍｅｈｄ．ｍｏｅｍ＾ｔｎｉｌｅ［ｌｔｌ．ｔｔｏｄ【ｈｉｇ
射面天线的实测鲒果
关键词四脊喇叭．源，限元法馈有模式匹配岳．喜汪．一截磬矩阵混『义

0.2～2+GHz宽带双脊喇叭天线的设计

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研究与开发
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图 "! 驻波比计算和实测结果对比
图 1! %.. /() 时 ( 面方向图
图 #! 增益计算和实测结果对比
相比变得更窄，这和增益的对比结果一致。图 $% 和图 $& 是 % ’() 时天线的方向图，虽然实测和仿真的结果有一定的差异，但都表达出同样一个信息：波瓣分裂。实测中波瓣分裂非常严重，这也是实测增益在高频时急剧下降的原因。在电磁兼容性测试中，波瓣的分裂应当引起重视，会带来测量结果的偏差。对于本设计中的双脊喇叭天线，当频率高于 $* # ’() 时出现波瓣分裂现象，应慎重使用。对于市售的 $ + $, ’() 双脊喇叭天线，在 $% + $# ’() 左右也
［ $］，或者更小一点。至此就 ,-." 模对应波长的一半
。
矩形双脊波导的结构如图 $ 所示。其中 ! 和 " 为波导的宽和高， # 为脊的宽度， $ 为两个脊之间的距离。
得到了双脊喇叭的基本设计参数，据此建立仿真模型。通过不断的微调 ’、 (、 + 的值得到不同的脊曲线，再调整馈电点到短路面的距离，得到不同的仿真模型，从中选择综合性能（ 2345、增益、方向图等）最好的仿真结果作为最后的设计尺寸。
图 "+! * &’( 时 ’ 面方向图图 "#! "$ % &’( 时 ) 面方向图
,! 结! 论
利用仿真并按此制造的双脊喇叭天线，在 #$ * - * &’( 的频率范围内能保证驻波比 ./01 "*$ % 。它的增益不很高，意味着它的波瓣宽度不会很窄，尤其是在高频段部分。这对电磁兼容性测试在一定程度上来说是有利的，以满足电磁兼容性测试对照射面的口径要求。参考文献：

1~5 GHz超宽带双脊喇叭天线的设计

电子技术Electronic Technology电子技术与软件工程Electronic Technology & Software Engineering1 引言由于宽带喇叭天线结构简单，方向性好，相位中心稳定，在通信、雷达、电磁兼容和电子对抗等领域得到广泛应用，在微波测量系统中被大量的用作标准测量天线。

本文根据宽带波导理论设计了一种频率范围为1GHz~5GHz的超宽带加脊喇叭天线，测试结果可见全频段内驻波比最大值为2.8，对1.18G、1.33G、2.9G、4.3G等四个频点进行方向图测试，均具有良好的增益曲线平坦度，测试频点最小增益为4.53dBi，且全频段内方向图均未分裂。

2 喇叭天线的设计图1为加脊喇叭天线的结构示意图，天线由激励段、脊波导段、加脊喇叭段组成。

本设计中天线的工作频率范围为 1GHz~5GHz，要求喇叭部分截止频率应低于1GHz，且在上述频率范围内膜传输[1]。

双脊喇叭天线设计中，优化脊波导部分尺寸，可改善馈电端到喇叭口径之间的阻抗匹配。

在双脊波导[2]的设计中，波导截面如图2所示，长边和短边分别为a，b，脊宽和脊间距分别为a1，b1。

其中，脊波导的截止频率为：（1）脊波导的截止波长为：（2）脊波导的特征阻抗为：（3）其中，式（3）中的λc 为脊波导截止波长，λ0为自由空间波长，Z∞为λ趋于零时脊波导的等效阻抗。

由于脊棱边缘电容效应，如式（1）和（2）所示，脊波导主模TE10模的截止频率比矩形波导TE10模的截止频率低，而其TE20模的截止频率比矩形波导的TE20模的截止频率高。

因此，脊波导单模工作的频率很宽。

同时因其等效阻抗很低，脊波导一般用来做阻抗变换的过渡结构。

由上，由截止频率λc 得到a1、b1的初始数据，利用AnsoftHFSS电磁仿真软件建立最初三维仿真模型,对 a1、b1尺寸进行优化,得到λc 所对应的a1、b1精确值。

从同轴馈电端到短路面间的脊波导部分为短路段部分, 该部分对于展宽变换的带宽有着很大作用。

0.8~2.5 GHz双极化四脊圆锥喇叭天线设计

0.8~2.5 GHz双极化四脊圆锥喇叭天线设计王迪;李正军【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2013(000)011【摘要】A 0.8~2.5 GHz broadband dual⁃polarized quadruple⁃ridge conical horn antenna is designed in this paper. The quadruple⁃ridge design of the antenna is regarded as two symmetrical double⁃ridge conical horns. Based on the known electromag⁃netic simulation software HFSS,which covers parameter and structure optimization,VSWR,isolation,gain,and directional dia⁃gram of the designed horn antenna can be worked out. The results show that the optimized antenna is of low⁃VSWR,high isola⁃tion and improved directional diagram. It is valuable for engineering design as a reference.% 设计了一种0.8~2.5 GHz双极化四脊圆锥喇叭天线。

四脊喇叭天线的设计可以看成对称的两个双脊喇叭天线，利用HFSS电磁仿真软件对天线的参数及结构进行优化，计算了天线的驻波比、隔离度、增益和方向图等参数。

结果表明，优化后的天线满足低驻波比，高隔离度，好方向图等特点，对工程设计具有一定的参考价值。

【总页数】4页(P82-84,88)【作者】王迪;李正军【作者单位】中国空间技术研究院西安分院，陕西西安 710100;中国空间技术研究院西安分院，陕西西安 710100【正文语种】中文【中图分类】TN821⁃34【相关文献】1.宽带、双极化四脊喇叭馈源研究 [J], 高喜;李思敏;刘扬清;于新华;姜彦南2.宽带双极化四脊圆喇叭天线的分析与设计 [J], 李彬;杨勇3.一种基于HFSS的的4GHz双模圆锥喇叭卫星天线设计 [J], 冯庆玉;杜汪洋4.一款致冷超宽带双极化四脊喇叭馈源的研制 [J], 罗蓉;邓凯华;吴声贤;冯来平5.恒束宽双极化加脊喇叭天线设计 [J], 刘培国;刘克成;何建国因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

宽带双脊喇叭天线的设计与分析

作爿筒介。Ｉ｜张
设计方面的研究。
青（９５，，１８一）男助理工程师，主要从事天线
ห้องสมุดไป่ตู้
５Ｏ
制导与引信
第３卷２
抗的同轴线、微带线之间的过渡连接装置。本文结合ＡｎｏｔＨＦＳ电磁仿真软件给出ｓｆＳ了一种宽带加脊喇叭的设计方法，天线设计难该点在于频率涉及到ＸＫｕＫ三个频带，真结果／／仿表明天线在（０Ｏ１～２）ＧＨｚ带宽内匹配良好。的
Ｋｅｒ：ｒｄｒａｅｙｗｏｄｓａａｎｔｎｎａ；ｈｏｎａｅｒｎｔｎｎａ；ｒｄｇｕｖｅｉｅｃｒ
性和增益、后向辐射等优点，雷达工程领域的无在
０
引言
宽带天线的发展已有几十年的历史，内外国
Ａｎｏｔｓｆ电磁场仿真软件进行优化，到较理想的结果。实测结果表明，种天线在（Ｏ２）得这１～Ｏ
ＧＨｚ的带宽内匹配良好。关键词：雷达天线；叭天线；脊曲线喇中图分类号：ＴＮ８２８２．文献标识码：Ａ
第３２卷
第４期
制导与引信
ＧＵＩＤＡＮＣＥ＆ＦＺＵＥ
Ｖｏ．Ｏ１３２Ｎ．４
Ｄｅ．１１ｃ２０
２１０１年１２月
文章编号：６１０７（０１０ —０９０１７ —５６２１）４０４ — ３

一个宽带双脊喇叭天线的设计方法

一个宽带双脊喇叭天线的设计方法引言对喇叭天线而言，最常用的展宽频带的方法是在波导部分及喇叭张开部分加入脊形结构。

虽然该天线已应用于某些工程实际中，但是此类天线在频率大于12 GHz 时，增益下降，方向图主瓣出现分裂，并且随着频率的升高，主瓣凹陷得越来越厉害。

这对方向图要求高的场合，如将天线用作主反射面馈源、EMC测试，已不能满足要求。

针对这一问题，本文利用Ansoft公司推出的HFSS电磁仿真软件，通过做大量的仿真实验，设计了一幅频率范围为1～18GHz的宽带喇叭天线，它的增益在整个频段大于10 dB，方向图在15 GHz时，主瓣才开始出现分裂，并且随着频率的升高，直到18 GHz主瓣也没有出现大的凹陷，这样的结果比较理想，可以满足更高的工程要求。

1 宽带双脊喇叭天线的设计基于电磁仿真软件HFSS，通过做大量的仿真实验，得到宽带双脊喇叭天线结构模型如图1所示，它由3部分组成：馈电部分，脊波导部分，喇叭张开部分。

各部分的具体设计过程如下。

1.1 脊波导部分设计脊波导部分的横截面示意图如图2所示，波导的横截面尺寸为a×6，脊宽为a1，脊间距为b1，设计时主要依据脊波导理论。

在设计时，首先确定b/a，b1 /b，a1/a 的值，然后参考文献[4]的曲线就可得λCE10/A匹，λCE30/a及频率为无穷大时TE10模的特性阻抗z0∞的值，通过式(1)算出在给定工作频率f下的特性阻抗以便于馈电段的设计：为了改善馈电段到喇叭段的匹配，让它的横截面尺寸逐渐增大，所以这部分的整体结构设计成一个E面的扇形喇叭，再在两个窄壁面上加2个楔体以改善高频端的方向图。

1.2 馈电部分的设计馈电部分的结构示意图见图3，通常采用N型同轴接头馈电，同轴线的外导体连在波导的侧壁上，同轴线的内导体通过第一个脊的腔体，连到第二个脊上形成短路，内导体在波导腔内可看作一单极辐射器，由于普通波导的阻抗远大于同轴线的阻抗，因此内导体必须终止在远离波导壁的地方，以防止失配，而脊波导的阻抗与同轴线的阻抗相一致，所以同轴线的内导体必须接在相对的脊上以利于匹配。

一种新型宽带双圆极化天线的研究与设计

来实现宽带及双圆极化的特性，比于文献［与相５］
２ｓｕｕｉｏｓ天线单元原理介绍ｎ
２１概述．
Ｓｎｏｓｉｕｕ天线在原理上类似于对数周期天线，可以被看成是平面对数周期天线。它是一种按照相似
Ａｂｔａｔｓｒｃ：Ａｃｅｅｃｍｂｎｅｔｐｆｓｎｏｓａｔｎａａｄｆｅｉｇｎｔｒｒｒｓｎｅｏｉｌｍｅｔｗｉｅｓｈｍｏｉｇａｎｗｙｅｏｉｕｕｎｅｎｎｅｄｎｅｗｏｋａｅｐｅｅｔｄｔｍｐｅｎｄ —
第３９卷第１总第１１）期（５期２１００年３月
火控雷达技术
ＦｉｅＣｏｒｌＲａｒＴｅｈｌｇｒｎｔｏｄａｃｎｏｏｙ
Ｖ１９Ｎ．（ｅｅ１１ｏ．ｏ１Ｓｒｓ５）３ｉ
Ｍａ．２０ｒ０１
一
种新型宽带双圆极化天线的研究与设计
单元和馈电网络进行了仿真分析和优化设计。结果表明，设计的天线和馈电网络在工作频带所
２０～．Ｃｚ内具有良好的电性能。．２３Ｈ
关键词：宽频带；圆极化；ｎｏｓ线；ｄ双ｓｕｕ天ｉ３Ｂ电桥；行器环中图分类号：２．８１１文献标志码：Ａ文章编号：０ —６２２１）１８－４１８８５（０００－３０００
陈玉林房善玺

0.8~2.5 GHz 双极化四脊圆锥喇叭天线设计

0.8~2.5 GHz 双极化四脊圆锥喇叭天线设计
0 引言
喇叭天线由于其多功能性、简单性和好的辐射性能，在微波测量、雷达和探测系统中有广泛的应用。

展宽喇叭天线工作频带，最直接的方法就是在喇叭的波导和喇叭张开部分加入脊结构。

脊喇叭天线增益高，阻抗低，体积小，易于和传输线连接，适合用在雷达、电子对抗设备以及微波电子器件中。

喇叭天线作为馈源组阵时，圆锥喇叭可以节省空间，便于控制阵元间距而抑制栅瓣。

近来对加脊喇叭天线分析的文章很多，但是在具体的设计方面分析的很少。

本文对设计四脊圆锥喇叭天线的关键参数进行了分析以及仿真优化。

加脊的喇叭天线极大地满足了在宽频带天线领域的应用。

1 天线设计及优化
1.1 天线的设计
脊喇叭天线是在喇叭天线的基础上，通过改变天线的结构来提升辐射性能。

该喇叭天线作为馈源组阵，所以在天线设计过程中应综合考虑喇叭的口径与阵元间距的关系，既要避免溢出损耗，又要保证单元尺寸不要超过最大阵元间距而无法排布。

四脊喇叭可以看成两个对称的双脊喇叭，通过对脊波导理论的分析，根据设计参数指标的要求，设计出满足要求的四脊波导的结构和喇叭内脊曲线的形式，最终完成天线结构的设计。

脊喇叭结构如图1 所示。

喇叭馈电采用同轴线馈电，同轴线的内外径设计保证和50 Ω匹配。

根据同轴线特性阻抗公式：
$1.。

式中：a 为同轴线内导体的直径;b 为外导体的直径;εr 为导体间填充。

一款高增益双脊喇叭天线

一款高增益双脊喇叭天线目录一、内容概述 (2)1.1 背景与意义 (2)1.2 技发展现状 (3)1.3 文献综述 (5)二、双脊喇叭天线基础理论 (6)2.1 双脊喇叭天线的定义 (8)2.2 工作原理与特性分析 (9)2.3 设计考虑因素 (10)三、高增益双脊喇叭天线设计 (11)3.1 喇叭结构设计 (12)3.1.1 单元设计 (13)3.1.2 连接方式 (14)3.2 阻抗匹配与调谐 (15)3.2.1 传输线理论 (16)3.2.2 匹配网络设计 (17)3.3 增益提升技术 (19)3.3.1 驻波与模式耦合 (20)3.3.2 反射面设计 (21)四、仿真与实验验证 (22)4.1 仿真模型建立 (23)4.2 仿真结果分析 (24)4.3 实验方法与步骤 (25)4.4 实验结果与讨论 (26)五、应用场景与效果评估 (27)5.1 应用场景介绍 (29)5.2 实际应用案例 (30)5.3 性能评估标准与方法 (31)5.4 效果评估与分析 (32)六、结论与展望 (34)6.1 研究成果总结 (35)6.2 存在问题与不足 (36)6.3 后续研究方向与应用前景展望 (37)一、内容概述本文详细介绍了一款高效能的双脊喇叭天线，深入探讨了其设计理念、工作原理、显著特点以及在无线通信领域的应用价值。

这款天线凭借其创新的双脊结构设计，实现了卓越的增益性能，为天线技术的发展树立了一个新的里程碑。

在现代无线通信系统中，天线的性能对于整个系统的接收和发送质量具有决定性的影响。

高增益天线能够在相同的发射功率下，辐射更强的信号，从而扩大通信覆盖范围，提高通信质量。

双脊喇叭天线的设计还巧妙地解决了传统天线在宽频带、小型化等方面的难题，满足了现代通信系统对高性能天线的迫切需求。

文中通过对双脊喇叭天线的结构、工作原理以及性能特点进行深入的分析，向读者展示了一款真正的高增益双脊喇叭天线设计方案。

宽带及双圆极化sinuous天线的研究的开题报告

宽带及双圆极化sinuous天线的研究的开题报告一、选题背景随着人类社会的不断发展，通信技术也在不断更新换代。

如今，宽带通信已经成为人们生活中不可或缺的一部分。

宽带通信技术的发展，需要不断地探索新的天线结构，以实现更高的性能和更广的覆盖范围。

而双圆极化sinuous天线，则是近年来被广泛研究的一种天线结构，其能够实现高度的性能和宽广的频率覆盖范围。

因此，对宽带及双圆极化sinuous天线的研究具有非常重要的意义。

二、选题目的本研究的目的是探究宽带及双圆极化sinuous天线的性能和频率覆盖范围，以为广大通信技术的应用提供更高、更优的天线选择方案。

三、研究内容（1）宽带天线的原理及分类介绍宽带天线的发展史、原理和常见分类，以及常见天线的优缺点和应用领域。

（2）梳状宽带天线及其特点介绍宽带梳状天线的结构和特点，以及其在通信技术中的应用现状和研究进展。

（3）双圆极化sinuous天线的原理和特点介绍双圆极化sinuous天线的结构和特点，以及其在通信技术中的应用现状和研究进展。

（4）天线设计和性能测试基于上述理论和分析，设计一款宽带及双圆极化sinuous天线，并对其性能进行测试和评价，以验证其是否满足设计要求。

四、研究方法本研究将采用下列方法：（1）文献综述通过查阅相关文献，了解宽带天线和双圆极化sinuous天线的研究现状、发展趋势和未来发展方向。

（2）建模仿真采用HFSS等仿真软件对天线结构进行建模和仿真分析，评估其性能和优缺点。

（3）样品制作和测试基于仿真结果，制作宽带及双圆极化sinuous天线样品，并利用测试仪器进行性能测试和评价。

五、预期效果通过以上的研究方法，可以得到一款具有高性能和广频带覆盖范围的宽带及双圆极化sinuous天线。

该天线将有望应用于通信技术领域，并取得较好的效果和成果。

同时，本研究的结果也可以拓展宽带通信领域天线的形态和应用范围，具有一定的理论价值和实践意义。

小型宽带双极化四脊喇叭天线[实用新型专利]

专利名称：小型宽带双极化四脊喇叭天线
专利类型：实用新型专利
发明人：李雪萍,周永一,李帅,许刚,牛雯雨,常方园申请号：CN201820961788.6
申请日：20180621
公开号：CN208209012U
公开日：
20181207
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种小型宽带双极化四脊喇叭天线，两对正交布置的指数调制正弦渐变脊预留间隔后分别插入方形反射腔的竖向槽道内并通过矩形垫片压紧固定，两个带方形法兰盘的SMA 馈电接头通过固定螺丝上下错位正交固定于方形反射腔两个相邻金属侧壁的外侧中部，绝缘介质垂直贯穿方形反射腔金属侧壁和指数调制正弦渐变脊上的绝缘介质通孔并延伸至渐变脊渐变沿末端，直内导体贯穿于绝缘介质内并延伸至与该直内导体相对的另一侧指数调制正弦渐变脊的定位孔内。

本实用新型主要用于移动及卫星通信设备乃至小型无人机遥感监测雷达设备中，实现双极化宽频带的对地观测，其整体尺寸小且馈电方式简单，能够很好地满足天线宽带双极化要求和多天线高集成度使用。

申请人：河南师范大学
地址：453007 河南省新乡市牧野区建设东路46号
国籍：CN
代理机构：新乡市平原智汇知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：路宽
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低频天线测量系统中宽带双极化源天线研究

低频天线测量系统中宽带双极化源天线研究尚军平;贾涵秀;刘少迪;左炎春;胡永浩【摘要】低频天线测量系统中采用四脊喇叭天线作为发射源天线,为实现四脊喇叭天线在低频段的小型化,设计了一种新型结构:脊边缘采用铝固体结构,内部采用蜂窝结构来减小天线尺寸和重量.利用HFSS仿真软件对喇叭天线整体结构参数进行优化,并对其进行加工测试.仿真和测试结果表明:后腔采用可调短路板可抑制驻波奇异点的出现;实际加工过程中,将聚四氟乙烯板填充在四个对称脊中间确保脊的对称性,并得到良好的电性能.该天线已应用于低频天线测试系统,在锥形暗室中作为发射源天线来测量汽车天线的方向图.【期刊名称】《电波科学学报》【年(卷),期】2016(031)002【总页数】4页(P336-339)【关键词】低频;双极化;四脊喇叭天线;可调短路板【作者】尚军平;贾涵秀;刘少迪;左炎春;胡永浩【作者单位】西安电子科技大学天线与微波技术国家重点实验室,西安710071;西安电子科技大学天线与微波技术国家重点实验室,西安710071;西安电子科技大学天线与微波技术国家重点实验室,西安710071;西安电子科技大学天线与微波技术国家重点实验室,西安710071;西安电子科技大学天线与微波技术国家重点实验室,西安710071【正文语种】中文【中图分类】TN821+.1引言随着电子对抗以及电子侦察技术的发展, 要求天线具有宽频带、极化可变等特性[1].宽带天线在微波测量、电磁兼容性(Electro Magnetic Compati-bility, EMC)测试、雷达、检测系统和通信系统都有广泛应用．尤其是在EMC测试和天线测量中,它们的宽带性能允许用户在很宽频率范围内测量而不需要更换测试源天线．为了适应无载波脉冲型雷达要求,超宽频天线通常应该具有结构简单、单向辐射、较小的脉冲失真、良好的线性相位和较低的反射损耗等特性．TEM 喇叭天线是探测雷达中最常用的天线,这类天线具有增益高、宽带和色散小以及易于加工等特点[2].文献[3]介绍了各种相关的设计和详细的分析,比如对数周期,双椎体,螺旋和喇叭天线．但增益和几何尺寸的限制,使一些像对数周期天线的天线不适合用在某些空间,如锥形暗室[4].近年来脊喇叭天线比其他种类的宽带天线使用更广[5].随着天线测量的发展,也更加需要在较低频率进行更精确的测量．然而,现有的最低的频率大约是100 MHz[6-7].车载电台天线频率较低,为满足该类天线测试,研制了一种75～500 MHz低频宽带双极化四脊喇叭天线,它在锥形暗室中作为暗室屏蔽体的一部分,在测量天线方向图时作为发射源天线．测量两个主面方向图时只需改变两个激励端口而无需转动源天线．该天线已成功应用于一汽车天线测量系统中,获得较好结果．新型四脊喇叭天线的初始设计与传统喇叭天线相同．该天线横剖面示意图如图1所示,它在结构上可以分为三部分:直波导段、同轴-脊波导变换段和带脊喇叭段．在辐射器中加入四个脊用来展宽频带．为了具备良好的阻抗渐变效果,脊曲线采用指数形式,用修正后的指数函数来确定轴向曲率．在图1所示的坐标系中,脊曲线方程为:Y(z)=Y(0)·eMz+Nz.式中: M=(1/L)·ln((g/2-NL)/Y(0)),g为喇叭口面边长,N一般取经验值0.02;Y(0)=d/2,d为脊间最小间距．双极化四脊喇叭天线由两个正交的探针馈电,得到垂直极化和水平极化两个极化分量,其主要的性能指标列于表1．实际结构如图2．2.1 直波导段的优化设计根据波导传输理论,在脊波导的后端加一段直波导(长度应小于最高工作频率的半个波长),可以滤除被激励出来的TE20模,因此脊波导的可用带宽可扩展到λc10∶λc30,使单模工作带宽被大大地加宽．为了抑制驻波奇异点的出现,在直波导的底部插入一个方形可调短路腔,通过调节该短路腔可改善天线驻波性能,以获得更低的回波损耗．2.2 同轴-直波导转换的优化设计同轴-直波导段天线馈电部分采用N型同轴接头,同轴线的外导体连在波导的侧壁上,内导体通过一个脊的腔体,连到另一个相对脊上形成单极辐射器,以实现匹配．实际制作中,将内导体末端表面镀上材质较软的良导电材料,通过挤压方式以保证内导体与脊的良好接触．仿真表明,电压驻波比和隔离度对双极化四脊喇叭天线两个同轴内导体之间的距离及同轴内导体与底部波导之间的距离变化很敏感,因此,在天线加工时需要密切关注这两个参数的变化．为了实现N型接头和同轴连接器之间阻抗有效匹配,在它们之间加入过渡锥形渐变结构来维持馈线50 Ω的输入阻抗,同时,这样做也可以有效提高连接段耐高功率电平．天线馈电部分由两个正交错开设置的探针组成．为实现天线两个端口驻波比性能的一致性,本文设计了两根直径φ=8.4 mm的馈电探针,并优化探针间距,使得两馈电端口电压驻波性能基本一致．2.3 带脊喇叭段的优化设计根据喇叭天线理论,设计喇叭天线频率很低,导致天线尺寸和重量较大,结构难以实现．为解决这些问题,喇叭天线的脊边缘采用铝固体结构,内部采用蜂窝结构,如图1和图3所示．为确保四个脊正交放置且结构不重叠,保证脊宽和脊间距,在脊的底部加入倒角结构,通过HFSS仿真来选择合适的角度α和宽度s1．考虑到实际加工过程中,天线结构易变形,因而将相对介电常数为εr的聚四氟乙烯板插在四个对称脊中间作为支撑．测量分析发现该聚四氟乙烯板对天线性能影响极小．2.4 外部支撑设计天线外部使用金属法兰结构固定喇叭天线以支撑天线庞大的方形结构,如图2所示．为使天线移动方便,将其固定在一可移动框架小车上．在EMC测试或天线测量中若该天线作发射源天线时,该天线无需转动,只需前后移动即可．在四脊喇叭天线初步模型的基础上,为了验证上述设计和保证模拟结果的正确性,利用基于有限元法的Ansoft HFSS模拟高频率结构模拟器对该四脊喇叭天线的结构及参数进行进一步优化．仿真表明,喇叭段长度L和喇叭口面边长g变化对天线性能影响不大,只需根据波束宽度要求进行微调即可;聚四氟乙烯板对天线性能的影响也很微小．但是要在较宽的工作频带内压低驻波比、保持两个极化端口的驻波比一致性,提高两个端口的隔离度是本文的难点,需要进行大量的优化仿真．优化对象主要是脊波导部分和馈电部分的结构和尺寸．通过对脊间距d、脊宽度s、脊顶端宽度s1和切角α的优化结果表明:天线的驻波比对脊间距d最为敏感,优化后d取20 mm±0.05 mm．s的变化对驻波比的影响不大,但其取值有一个临界值,超过该临界值则驻波比曲线整体上浮,为减轻重量s取临界值49 mm．α过大驻波比曲线整体上浮,s1过小上下边频的驻波比将大幅增加．另外,底部与脊之间的距离和可调短路板的位置对回波损耗也会产生一定影响．图4给出了该天线的两个激励端口的电压驻波比实测结果,图5给出了两个同轴接口之间的隔离度．测试结果表明,电压驻波比绝大部分小于2.0,隔离度在工作频带内大于30 dB．增益采用比较法点频测试,测试十个频点水平和垂直极化的增益几乎是相同的,测试结果如图6所示．本文设计了一种新型75～500 MHz宽带低频双极化四脊喇叭天线．经过仿真建模和优化设计,严格的加工工艺．该天线的两个端口电压驻波比、两个馈电端口的一致性及两端口隔离度均获得良好的结果．该天线在低频端相比其它天线有较大的增益,并可作为微波暗室屏蔽体的一部分,且已成功用于汽车广播天线的EMC测试和天线测量中,如图7所示．尚军平(1964-),男,陕西人，博士,副教授,研究方向为天线近远场测量技术及应用．贾涵秀(1991-),女,陕西人，硕士,研究方向为近场天线测量系统中测量探头应用．【相关文献】[1] 高喜. 宽带、双极化四脊喇叭馈源研究[J]. 电波科学学报, 2013, 28(2): 337-340.GAO X. Broad band and dual-polarized horn feed source[J]. Chinese journal of radio science, 2013, 28(2): 337-340. (in Chinese)[2] 邵金进, 纪奕才, 方广有, 等. 用于公路检测的超宽带横向电磁波喇叭天线[J]. 电波科学学报, 2014, 29(4): 723-728.SHAO J J, JI Y C, FANG G Y, et al. Ultra-wide band TEM horn antenna for road investigation[J]. Chinese journal of radio science, 2014, 29(4): 723-728. (in Chinese)[3] KERR J L. Short axial length broad-band horns[J]. IEEE transactions on Antennas Propagation, 1973, 21(5): 710-714.[4] TENIENTE J, GONZALO R, DEL RIO C. Ultra-wide band corrugateed Gaussian profiled horn antenna design[J]. IEEE microwave and wireless components letters, 2002, 12(1): 20-21.[5] HEMMING L H. Electromagnetic anechoic chambers: a fundamental design andspecification guide[M]. New York: IEEE Press, 2002.[6] LEFERINK F B J, BOERLE D J G. High field strength in a large volume: the extended double ridged guide vs. the biconical and log-periodic antenna[C]//IEEE International Symposium on Electromagnetic Compatibility. Denver, 24-28 August, 1998, 1: 339-344. [7] RODRIGUEZ V. Recent improvements to dual ridge h-orn antennas: the 200 MHz to 2 GHz and 18 GHz to 40 GHz models[C]. Washington D C: IEEE Computer Society, 2009.。

双极化喇叭天线

四脊波导参数选择
由於激励点选在波导的中心，由於激励点选在波导的中心，并且还加有一段直波导作为滤除激励出来的TE 导作为滤除激励出来的TE20模，因此双脊波导的可用带宽应是TE 模与TE 模之比。由图可查的TE 用带宽应是TE10模与TE30模之比。由图可查的TE30模 /a=0.79 从而算的Fc =11.2 的λc30/a=0.79，从而算的Fc10=11.2GHZ. 计算结果表明该组数据只能工作到12GHZ左右，要计算结果表明该组数据只能工作到12GHZ左右， 12GHZ左右想工作到18GHZ必须采用扩频技术和补偿技术。 18GHZ必须采用扩频技术和补偿技术想工作到18GHZ必须采用扩频技术和补偿技术。
双极化喇叭天线
双极化喇叭天线
前言天线介绍天线设计电性能测量结果开放边界双极化喇叭天线简介
双极化喇叭天线
前言：前言：电子侦察设备所使用的平面螺旋天线，电子侦察设备所使用的平面螺旋天线，是频率宽开的，而地面的检测设备使用喇叭天线。它宽开的，而地面的检测设备使用喇叭天线。一般频带比较窄，需要多个天线才能覆盖。一般频带比较窄，需要多个天线才能覆盖。外场使用很不方便，为了解决这个问题，场使用很不方便，为了解决这个问题，我们开展了宽带双极化喇叭天线的试制工作。展了宽带双极化喇叭天线的试制工作。
四脊波导参数选择
还应该指出的是这组数据对应脊为平顶的情况，还应该指出的是这组数据对应脊为平顶的情况，而实际的脊是削成尖顶的，而实际的脊是削成尖顶的，这只要是为了保证四脊之间的装配间隙，四脊之间的装配间隙，从而扩大了脊间的耦合面积。面积。实验表明这种结构有利于高次模的抑制，实验表明这种结构有利于高次模的抑制，和高频段的扩频。频段的扩频。因此最终的设计数据需由仿真实验最后确定。验最后确定。

分析宽频带、双极化、恒束宽四脊喇叭的混合方法

分析宽频带、双极化、恒束宽四脊喇叭的混合方法
何山红;傅永生
【期刊名称】《电波科学学报》
【年(卷),期】2002(017)002
【摘要】介绍了作为反射面天线馈源的宽频带、双极化、恒波束四脊喇叭,运用有限元和模式匹配相结合的混合法详细推导且计算了四脊喇叭的广义散射矩阵.然后运用口面积分计算了四脊喇叭的辐射远场,给出了四脊喇叭和用四脊喇叭做馈源的反射面天线的实测结果.
【总页数】6页(P160-165)
【作者】何山红;傅永生
【作者单位】南京电子技术研究所,江苏,南京,210013;东南大学移动通信国家重点实验室,江苏,南京,210096
【正文语种】中文
【中图分类】TN822.8
【相关文献】
1.宽带双极化四脊圆喇叭天线的分析与设计 [J], 李彬;杨勇
2.Legendre函数加权的声纳宽频带恒定束宽波束特性分析 [J], 冯雪磊;李锦;陈南若;李晓伟
3.一款致冷超宽带双极化四脊喇叭馈源的研制 [J], 罗蓉;邓凯华;吴声贤;冯来平
4.行波电吸收调制器中脊宽对频带宽度的影响 [J], 邢晓波;刘叶新;陈晓文;傅思镜;
林位株
5.恒束宽双极化加脊喇叭天线设计 [J], 刘培国;刘克成;何建国
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500MHz～3.5GHz高性能宽带双极化天线的研制

500MHz～3.5GHz高性能宽带双极化天线的研制
毛岫;李鹏程;邓晖;何国瑜
【期刊名称】《微波学报》
【年(卷),期】2008()S1
【摘要】本文研制了一种500MHz～3.5GHz高性能宽带双极化四脊喇叭天线。

首先采用化四脊喇叭天线为双脊喇叭天线的设计方法设计初步模型,然后利用HFSS 对四脊喇叭天线的参数及结构进一步优化,提高了两个极化端口的驻波比性能:一方面对四脊波导各个参数对驻波比的影响进行分析,选出最优的参数组合;另一方面,结构上采用渐变结构、脊末端顶入导体杆、特制细探针馈电等设计。

最终的测量结果显示,优化后的天线具备高性能:工作频带宽、方向图好,驻波比低,且两个极化端口的驻波比一致性好。

【总页数】5页(P93-97)
【关键词】宽带天线;双极化天线;四脊喇叭天线;HFSS应用
【作者】毛岫;李鹏程;邓晖;何国瑜
【作者单位】北京航空航天大学电子信息工程学院;北京遥测技术研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TN821
【相关文献】
1.低频天线测量系统中宽带双极化源天线研究 [J], 尚军平;贾涵秀;刘少迪;左炎春;胡永浩
2.宽带高隔离度双极化多层微带阵列天线研制 [J], 赵璐;李峰;于慧娟
3.宽带圆极化与双极化介质谐振器天线 [J], 周德会
4.宽带印刷天线与双极化微带及波导缝隙天线阵 [J], 汪伟
5.宽带可计算标准天线和高性能开阔试验场天线计量标准装置研制 [J], 孟东林; 崔孝海; 高小珣; 吴钒; 谢鸣; 刘潇; 宋振飞; 黄攀; 洪力; 李进源
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