一种测距雷达天线的阻抗匹配设计

一种测距雷达天线的阻抗匹配 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 ------------------------------------------------------------------------------------------------ 一种测距雷达天线的阻抗匹配设计 第27卷第4期 2006年7月遥 测 遥 控 JournalofTelemetry,Tracking,andCommandVol.27,?.4July2006 杨永刚, 何国瑜, 武建华, 许 鼎 (北京航空航天大学电子信息 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 学院 北京 100083) 摘 要:测距雷达对天线的阻抗匹配性能提出了很高的要求。配结构。,。仿真和实际测量数据对比 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明,天线设计合理,匹配性能满足工程要求。 关键词:喇叭天线; 驻波比; 中图分类 号:TN82A:-1780(2006)04-0039-04 引 言 天线是雷达收发模块的重要组成部分,其性能直接影响整个系统的工作特性。在线性调频连续波(FMCW)体系中,天线收发共用,由于发射波在天线处的反射比回波能量大得多,所以必须使天线在整个工作频段内的驻波比足够小。本文所述天线发射功率 小,我们用同轴探针向圆波导直接馈电。另外,天线工 作在重腐蚀的恶劣环境中,为了保护馈电部分,阻隔腐 蚀气体,在圆波导中填充了耐腐蚀的介质材料。单一 的介质填充圆波导匹配性能很差,为此,采用介质圆柱 加圆锥过渡的方法作为阻抗渐变段来改善匹配,其结 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 构形式示于图1。通过仿真与优化,完成了设计制造, 其匹配性能达到了预期目标,并超过了国外同类产品。 整机实验表明,设计完全可以满足工作要求。图1 天线结构示意图 1 模型结构 在图1中,带有剖面线部分是填充的介质材料。a为圆波导半径,L是探针中心离圆波导末端的距离,即离短路面的距离,h是同轴探针插入介质的深度,L1是圆波导长度,L2是圆锥段介质长度,D是天线张角段的半径。这种结构的主要优点是?在15%,20%的带宽内有较低的驻波比,且加工和调谐容易实现。?有良好的密封性,便于天线的维护和清洗。 2 驻波 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 喇叭天线的驻波性能与喇叭的输入段、传输段及喇叭口的反射有关,但主要取决于输入段[1]。理论分 λ′析指出,当天线处于主模工作时,喇叭口的反射系数|Γ|?(1-λ/λ′式中,λ′“喇叭g)/(1+λ/g)。g为 λ,|Γ|?0.10;如果口面的线尺寸大于2λ,则|Γ|<0.02。口(AA’处)的波导波长”。如果口面尺寸为1 工程设计中,我们首先确定天线的辐射性能,当辐射性能设计完成后,喇叭的基本尺寸(a,D,L1) 就已经确收稿日期:2005211228 收修改稿日期:2006202213 λ,从图1看到,影响天线匹配性能的输入段为BB’定了。该喇叭—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 的口面为3面至圆波导馈电端这一段。基于以上的分析,考虑影响VSWR的关键参量为h,L2和L。对于这样一种结构没有现成的计算公式,而参考文献[2]中仅同轴线到圆波导馈电段的特性阻抗解析式就十分复杂。我们的思路是在考虑天线辐射性能的前提下,确定出决定驻波的关键尺寸和非关键尺寸,根据工程经验或者计算确定非关键尺寸,之后对一两个关键尺寸利用软件仿真和优化,最后得到所有的结果尺寸,完成设计。 3 圆波导段 圆波导段实现同轴到波导的能量转换,确定探针的位置及伸入长度,使馈电端的能量能全部输入到波导中。同轴线的内导体将和圆波导的壁之间耦合而建立场,,因此h是关键的参数。 a为圆波导的半径。此处圆波导的传输主模为,,根据经验, 0λ,,=一般选取a=0.35,模,εr为介质的介电常数。r ,,可以得到场解的表示式。当z=L,根据驻波条件下圆波导场量表达式可得场结构中 sinmβ-u′mnjz-βjz2βjL(1)Er=mH0Jme-ee2kcracosmsinm β-u′mnjz-βjz2βjL2βjL(2)Hφ=2H0Jme-ee1+ekcracosmH0,H0 分别是沿Z的负向和正向传播常数。TE波的波阻抗为 (3)β(1+e) π+π/2/β(k=0,1,2,3)这一位置上,则可以将能量转换到波导中。上式表明,如果探针位于L=k取 L=λg/4,即四分之一圆波导的波长。至此,就确定了L的大小。 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 3.1 圆锥段 喇叭天线的张角根据辐射性能设计,电磁波在CC’面将产生反射。加入圆锥介质的目的就是要消除ZTE=Hφ=2βjL-+Er==-tan(βL)βββ2cos(βL)22这种反射,实现对自由空间波阻抗的再次匹配,它起着阻抗渐变线的作用。一般的阻抗变化线都是指数线,但由于加工指数线比较困难,因此,实际应用中把介质锥体部分尺寸的曲线变化改为直线式变化,两者在 [3]频率响应曲线上的形状基本相同。对于阻抗渐变线,当变化趋势越缓时,匹配性能就越好,即锥体长度 L2较大时,VSWR就较小。 4 计算过程和仿真结果分析 上面的驻波分析为优化仿真奠定了基础,另外两个参数(L2,h)将通过仿真来确定。我们选用Ansoft的HFSS作为仿真工具,它不但可以进行s参量的仿真,而且还可以对给定的参数做优化处理。 本工程使用的天线,其工作频率为5.8GHz,6.8GHz,取中心频率6.3GHz作为计算频率。首先,固定 [2]L=λg/4(λg为圆波导段的波长)。在其余两个参量中,按LeeWilson计算圆波导馈电的公式,近似取h λ(λ为工作波长),对L2进行参量化仿真,得示于图2的驻波比随L2的变化曲线。=0.225分析图2可以看到,随着L2的增加,驻波比首先有一个明显的减小过程,当尺寸增加到某一个数值后,继续增加L2,驻波比改善的幅度趋缓,VSWR将稳定在一个小的浮动范围内,这样得到—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 了一个锥体长度比较宽的取值范围。综合考虑安装条件等因素之后,可取L2?78mm。确定L2之后,对h进行优化,给h一个比较宽的变化范围。仿真得到图3所示的驻波比随h的变化曲线。从图3可清楚地看到, 驻波比随探针长度变化有一个突变点。此突变点处,对应的驻波比最小,相应的h值为11.0mm。圆波导内会产生场的谐振,偏离这一谐振点约 2006年7月遥 测 遥 控?41?0.1mm,VSWR就有0.05以上的变化。因此,在设计和加工时,h参量的误差保持在0.1mm以内为宜 。 图2 驻波比随L2的变化h以上分析完成了在中心频率的设计。,再选取5.8GHz和6.8GHz两个边频点,对。参考此3个基本变量在6.3GHz时的取值,固定L, ,h4。最终的设计参数示于表1。 图4 驻波比仿真结果 图5 驻波比测试结果 按以上的参数,我们加工了天线,并对它的匹配性 能进行了测试。图5是实测结果。测试时适当放宽了 频率范围。点1和点2之间是实际的工作范围。由于 加工精度和加工工艺等因素的影响,不可能做到与仿 真结果完全一致。测试结果显示,除了在两个边频附 近驻波略大外,驻波性能满足了频段内低于1.3的要 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 求。图6是国外天线驻波的测试结果。从图6可看 到,本文设计的天线驻波性能优于国外产品,在低频 段尤为明显。表1 天线部分结构参数取值(单位:mm)参数取值aL1DLhL21232.54014.511.578.8 5 结论 对用于某工程的喇叭天线馈电采用了一种新的 结构形式,确定了需要设计的3个参数 ,并指出探针 的馈入长度需要作为关键参量精确设计,其误差范围图6 国外天线驻波比测试结果控制在0.1mm以内为宜。在解决匹配问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 的过程 中,通过分析,缩小取值范围,进而利用高频仿真软件HFSS进一步优化设计,分析与仿真优化相结合,得到了满意的结果。 参考文献第27卷第4 期 [1] 林昌禄.天线工程手册[M].北京:电子工业出版社,2002. [2] LeeWilsonWSandYungEdwardKN.TheInputImpedanceofaCoaxialLineFedP robeinaCylindricalWaveguide [J].IEEETransMicrowaveTheoryTech,August1994,42:1468,1473. [3] 闫润卿,李英惠.微波技术基础[M].北京:北京理工大学出版社,1997. —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ TheImpedanceMatchingDesignofaRangeFinderAntenna Yangyonggang, Heguoyu, Wujianhua, Xuding Abstract:Theexcellentimpedancematchingperformanceisrequiredbyrangefinderradarantenna.Inthispaper,anovelan2tenna’smatchingstructureisdesigned.Thefilledconicdielectricisusedtoimprovetheantenna’smatchingperformancethathasbeenoptimizedwithHFSS.Theresultsofthemeasurementindicatethattheonoftheprtherequirementsoftheproject. Keywords:Hornantenna; VSWR; HFSSoptimize [作者简介] 杨永刚,,研究方向为雷达测距、微波天线、射频电路等。 何国瑜 1938年生,北京航空航天大学电磁场与微波专业博士生 导师,教授,研究方向为电磁散射、微波天线、毫米波组件、器件等。 (上接) ResearchonIntegerAmbiguityofCarrierPhaseMeasurementsin Satellite2to2satelliteRelativeAutonomousRanging MinShuqin, MaHong Abstract:Inordertorealizereal2timeandhighaccuratesatellite2to2satelliterelativeautonomousranging,somekeyproblemsuchasintegerambiguityofcarrierphasemeasurementsmustbefixed.Thispaperintroducesthecharacteristicsofformationflyingsmallsatellites,andthendiscussesindetailtheambiguit—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ yresolutionusingthecombinationofdual2frequencycodeandphasemeas2urements.Themethodforreducingtheerrorofintegerambiguityisdiscussed.Theresultofcomputersimulationprovesthatthisam2biguityresolutionmethodusinginsatellite2to2satelliterelativeautonomousrangingisfeasibleandreliable,andtheerrorofcodeisthemainobstacle. Keywords:Satellite2to2satelliterelativeranging; Ambiguity; Phasemeasurementserror [作者简介] 闵淑琴 1975年生,装备指挥技术学院讲师,大学本科,从事航天 器无线电遥测、测控等方面的研究。马 宏 1976年生,装备指挥技 术学院讲师,博士,主要从事航天器空间状态测量、高速信号处理、雷 达信号处理等方面的研究。 ——————————————————————————————————————