Ka波段軸對稱模式天線設(shè)計與仿真.pdf

1、雖然21世紀是一個固態(tài)半導(dǎo)體器件的時代，但是電真空器件在很多領(lǐng)域仍有著廣泛的應(yīng)用。因為隨著微波波長達到毫米級，固態(tài)器件已不能滿足高頻率、高功率的要求。許多微波發(fā)生器，特別是高功率微波源，產(chǎn)生軸對稱模式的輸出，例如圓波導(dǎo)TE01模，同軸TEM模。如果這種模式照射到天線口徑直接輻射，將產(chǎn)生一個軸向為零的圓環(huán)狀方向圖。
　　 適合這種軸對稱模式的天線正在設(shè)計中，但增益都比較低，而且方向圖的峰值增益隨著頻率而改變。改變軸對稱模式為其他理

2、想輻射模式的轉(zhuǎn)換技術(shù)(例如，圓波導(dǎo)TE01模到TE11模)是可行的，但模式轉(zhuǎn)換的效率、體積和額外的成本對整個天線系統(tǒng)的設(shè)計起著很大的負面影響。本文介紹了兩類天線：Vlasov天線和COBRA天線，它們直接使用軸對稱模式為饋源，輻射產(chǎn)生高增益的方向圖。本文的主要工作如下：
　　 1.運用幾何光學理論分析了Vlasov天線的工作機理，借助于矢量繞射理論推導(dǎo)了Vlasov天線的輻射公式，對Vlasov天線的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行了優(yōu)化，對優(yōu)化后

3、的結(jié)果進行了軟件模擬。此外，對Vlasov喇叭天線進行了簡單設(shè)計。其中Vlasov單反射面天線的最大增益為23.5dBi，而Vlasov喇叭天線的最大增益為21.3dBi，兩者的主瓣方向都不在軸向上，偏離饋源中心64°。
　　 2.詳細闡述了COBRA天線的工作原理，推導(dǎo)了反射表面的結(jié)構(gòu)公式，分別利用口徑場法和面電流法對COBRA天線的輻射公式進行了推導(dǎo)，通過數(shù)值計算和軟件模擬對COBRA天線的輻射方向圖和極化方式進行了分析和對

4、比，兩者結(jié)果基本吻合。COBRA天線的最大增益可達27.5dBi，峰值方向位于天線的軸向上，主瓣寬度比較窄，旁瓣電平也很低，產(chǎn)生一個位于軸向上的筆狀波束。
　　 3.運用幾何光學理論解釋了COBRA透鏡天線的工作原理，設(shè)計了一種喇叭型的傳統(tǒng)透鏡天線。整個天線的結(jié)構(gòu)比較長，如果直接縮小喇叭的長度，就會因大的喇叭口徑張角而增加相位誤差，進而導(dǎo)致天線的增益下降。為了克服這個問題，提出了一種新型的小型化方案。通過改進型的透鏡設(shè)計，補償了