小张角环加载波纹喇叭中表面波的传播及辐射特性

小张角环加载波纹喇叭中表面波的传播及辐射特性 小张角环加载波纹喇叭中表面波的传播及 辐射特性 叭内激励的表面渡主要影响喇叭的E面辐射场和交叉极化辐射场.,…. 关键词天线馈源墼!!表面渡空间谐波法表傲}叁善考 PropaRationandRadiationCharacteristicsfor SurfaceWavealongCorrugatedHornswithRing—loadSlots LiuGang (ShanghaiUniversity,Shanghai201800) AbstractThepropagationequationforsurfaceeexcitatedalongcorrugatedhornswithring— loadslotsderivedbyusingthespaceharmonictechnique.Thepropagationandradiationcharacter— isticsforsurfacevfflvealongcorrugatedhornswithring—loadslotshavebee ninvestigated.The measuredcharacteristicsagreewellwiththetheory.TheresultsshowthesurfaceWSVeexcitsted inthehornhasinfluencesmainlyonthecrosspolarizationandEplaneradiationfield.Atheoretical basisandpracticaLexampLeisprovidedfordesign[ngcorrugatedhornswithring—loadslotswith betterperformancies. Keywordsantennafeeds,corrugatedhorns,sur{acewave,spaceharmonictec hnique 1引言 随着通信技术的发展,如何设计出性能优良的宽频带及多频段波纹喇叭,成为 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 上迫切 需要解决的关键技术问题之一.为了实现上述目的,就要使波纹喇叭的工作区延伸至负导纳 区【1【4].但波纹喇叭在负导纳区工作,必然激励表面波,因此,研究波纹喇叭中表面波的传播 及辐射特性,以便有效地利用或抑制表面波,是具有重要意义的. 许多文献”1-已从理论或实验上研究了环加载渡纹圆锥喇叭的传播及辐射特性,但用空 间谐波法分析其表面波的传播及辐射特性,还未见有论着详细讨论.本文利用空问谐波法导出 了小张角环加载波纹圆锥喇叭中表面波的传播方程,利用数值方法求解上述方程,并分析计算 了一个小张角环加载波纹圆锥喇叭,重点研究了喇叭内表面波的传播和辐射特性及其对喇叭 内主模特性的影响. 通信1994年 2表砸波的传播方程 图1给出了环加载波纹圆锥喇叭的几何示意图.对于喇叭半张角巩?3O.的情况,采用桂 函数代替球函数来近似表示喇叭内的场表达式,其误差很小,因此,由空间谐波法可得小张角 环加载波纹圆锥喇叭的基波特征方程如下啪: (Xioa一(ka)?a黑=ckaJ)IJ?J() 式中 = f一皇悭. 一 Z~.aZk’]『},丽Jl——If(2) ?=?+?(3) 靠一一舵(4) q一‰+(一?1,?2,…)(5) 熊=胪一醵?(6) 式中a为波纹壁内径,do,d分别为环加载波纹槽的顶宽和底宽,f为齿厚,P=d一+t为波 纹槽周期,参见图1;为自由空间波数,a为基波特征值,‰为基波传播常数,‰为空间谐波 传播常数,y为喇叭等效壁导纳,J(?)和j-(?)分别为m阶第一类贝塞尔函数及导数,y的 表达式和物理意义见文献[5]. 当喇叭中存在表面波时,也就是方程(1)有虚根解时,为了数值计算方便,可令方程(1)的 虚根特征值解Xioa=jy,oa,将其代入方程(1),利用贝塞尔函数的特性,经过数学推导可得喇叭 中表面波的传播方程如下; 一 (警)一(yioa)vy,oaI’.(Ylka?L(D日)l4/)… 第6期刘刚小张角环加载波纹喇叭中表面波的传播及辐射特性 式中,I(?)和I(?)分别为m阶第一类变型贝塞尔函数及其导数.表面波传播常数可由下 式确定:’ ._-______.........一 口一?k+(8) 而y的表达式分两种情况来确定: 当n?珥时,y的表达式仍由式(2)确定} 当n<啦时,y的表达式则应由式(2)的变型下式确定: 肯)]由(『}? 算法即可求解出表面渡的特征值y,oa,传播常数m.及喇叭内其余各种参数.利用文献[1],[5] 3数值结果与讨论 图2,一0.84,o时,喇叭由特征彗数两轴变化曲线 图2给出了在,一o.84时,喇叭的等效壁导纳y及表面波的特征值Y随z轴变化曲 线,图中,实线为等效壁导纳y的理论计算值,虚线为喇叭中表面渡的特征值Yn的理论计算 值.由图可见,由于喇叭内等效壁导纳y从喇叭输入口的正值逐渐变化到喇叭输出口的负值, 且当y处于负导纳区时,其特征方程存在虚根解,因此,在喇叭内从y为负值开始到喇叭口面 均激励起表面波,这种表面波将沿z轴向喇叭输出口传播,并在喇叭口向空间辐射,从而影响 了喇叭的辐射特性.此外,激励的表面渡在传播过程中将和喇叭内主模及其它模相互转换,这 就直接影响了喇叭内场的传播特性. ?, 通信 图3给出了喇叭中表面波的辐射场.由图可见,表面波辐 射性能较差,尤其是E面旁瓣电平较高.从而导致交叉极化 电平升高.因此表面波将主要影响喇叭的E面辐射场和交叉 极化辐射场,理论计算和实验结果均证实了这一结论.在图4 中我们仅给出了喇叭在,一0.84fo时,E面辐射场Fe()和 交叉极化辐射场Px()的计算结果与实测值,H面辐射场考 虑和不考虑表面波的计算结果差别不大,且和实测值也很吻 合.在图4中,实线表示考虑表面波之后的合成场理论计算 值,虚线表示仅考虑主模的辐射场理论计算值,(?,×)表示 实测值.由图可见,若仅考虑主模,则理论计算值与实测值相 差较大;而在考虑了表面波之后,主模和表面波合成场的理论 计算值与实测值吻合一致此外,在麻叭内存在表面波的其它 工作频率上,理论计算值与实测值也吻合很好,而且工作频率 离,o越近,激励的表面波数量越少,交叉极化峰值电平也越 低,且电性能也越好. 分析理论计算与实测结果可知,环加载波纹圆锥喇叭中 表面波的激励是限制其向低频端进一步扩展工作频带的主要 因素若工程设计对交叉极化峰值电平要求不高,为了进一步 展宽频带可启用负导纳区,如本文实例所示,假定在较宽的工 作频带内,交叉极化峰值电平要求优于一20dB,在设计时可 令工作频带低端频率=0.84若工程设计对交叉极化 峰值电平要求较高,则启用负导纳区工作要小心谨慎,不应使 喇叭口负导纳负得过多及喇叭内负导纳区过长,以免激励过 多量的表面波,使喇叭的交叉极化辐射性能恶化.对于通常的 卫星通信地球站天线馈源,可取,m一0.9作为设计时的初 始值,然后进一步优选其它参数. (口面参盘97日a=22.55 一 B一H) 图3喇叭表面被的辐射图 4结论’. 图40.84t0喇叭辐射图 本文用空间谐波法导出了小张角环加载波纹圆锥喇叭中 表面波的传播方程,分析计算了其中表面波的传播及辐射特性,理论计算值与实测值吻合一 致,从而证明了所述分析方法和计算 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 都是正确的,可应用在工程设计中 参考文献 1剂刚.章日荣.王祝礼.陈木华.童参数波纹喇叭的分析与计算.中国科学(A辑).1988t(3):3肿一312 2睬术毕一种拓展披纹喇叭带宽的新方法——负导纳区的应用.电子科学学刊,1986,8(1):64—67 3睬术华多额段共用的波纹圆锥喇叭.电子科学学刊.1987,9(2):188--192 4章日荣.宽频带多渡段波纹喇叭设计无线电通信技术.1992.18(1);1--6 9章日荣.扬可忠,陈术毕波纹喇叭.北京:人民邮电出版社.1988 6剂刚,陈术华.抑制EHL2模的波纹圆锥喇叭设计通信.1989,10(6):90--93 7ChtrticoatsPJB.O[verAD.Corrugatedkornsformicrowaveant? s.Londoa:PeterPercgrinusLtd.1984 (1992年9月30日收到.1993年2月16IJ改定)