年第 36 卷现代电子技术构更加简单且张口处没有波纹壁的厚度可以实现更络在此给出几种具有周期结构馈源阵排布方式的模式小的间距组阵有利于改善交叠电平和对应的激励系数如图 5 所示以及各馈源阵模式对应的初级方向图如图 3 和图 6 所示其中图 6 中方向图为

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佻尤
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1 2013 年 5 月 1 日第 36 卷第 9 期 May 2013 Vol. 36 No. 9 现代电子技术 Modern Electronics Technique 57 周期结构馈源阵对多波束天线性能的影响时政欣曹多礼中国空间技术研究院西安分院陕西西安摘要具有周期结构的馈源阵能够最大化实现馈源的共用并且能够用相干耦合周期结构波束形成网络 CORPS BFN 实现通过设计一种双模圆锥喇叭按照一定规律进行排布组成馈源阵结合 CORPS BFN 设计思想得出各馈源阵中每个喇叭的激励系数并进行仿真分析从而得出与单个馈源相比周期结构馈源阵能够降低多波束天线副瓣电平的结论关键词周期结构馈源阵多波束天线副瓣电平中图分类号 TN82 34 文章编号 X 文献标识码 A Impact of feed source array with periodic structure on performance of multi beam antenna SHI Zheng xin CAO Duo li Xi an Branch China Academy of Space Technology Xi an China Abstract The feed source array with periodic structure can realize the maximization sharing of feed source and can be easily achieved by coherently coupling periodic structures beam forming network CORPS BFN. A dual mode conical horn was de signed and arrayed to form feed source array by a certain law. The excitation coefficient of each horn in the feed source array was got and simulated in combination with design concept of CORPS BFN. According to the detected results comparing with sin gle feed source the feed source array with periodic structure can lower the side lobe level of multi beam antenna Keywords periodic structure feed source array multi beam antenna side lobe level 0 引基于相干耦合周期结构的波束形成网络 [5] CORPS 言自 20 世纪 70 年代发射的国际通信卫星首次采用多 [1] BFN 提供了一种简单的波束形成网络设计思想其效果呈现了产生与所需地区相符合独立小辐射区域的使波束天线以来星载多波束天线技术得到迅速发展和用方式并且能重新配置系统资源和重复利用从而辐广泛应用其中波束形成网络 Beam Forming Net 射性能得到提高网络的传统矩阵网络结构中波束形成是基本馈源形成源阵作为馈源对多波束天线进行仿真并分析其对天法每个波束都是由一个馈源形成的所以不能满足波线的方向性系数和副瓣电平等天线性能的影响 work BFN 是构成多波束天线的主要部件波束形成束交叠和副瓣要求为了满足相邻波束之间的交叠性能需要相邻波束之间共享馈源用一簇馈源形成一个本文结合 CORPS BFN 设计思想利用周期结构馈 1 波束即采用增强型成束法 [2] 天线模型选取由于反射面多波束卫星通信天线结构简单质轻周期结构在近几年得到许多学者的研究其结构特技术较为成熟目前已经得到广泛应用为避免馈源系征和特殊的电磁性能促进了它的广泛应用如频率选择统遮挡一般采用偏置单双反射面结构本文选取该表面 FSS EBG 等同时西班牙 UPNA Public Uni 天线形式并且取反射器口径为 mm 焦距比为 [3] versity of Navarra 的天线组织对周期结构所涉及的领 [4] 域做了深入的研究并提出了相干耦合周期结构 Co herently Radiating Periodic Structures CORPS 的概念及其应用其中应用之一是多波束天线的波束形成网络收稿日期偏移距离为 200 mm 如图 1 所示其中 x a y a z a 为反射面坐标系 x f y f z f 为馈源阵坐标系 2 馈源的选取双模圆锥喇叭 [6] 在 5%~12%带宽内具有旋转性能好的辐射方向图与作为馈源最多的波纹喇叭相比其结

2 年第 36 卷现代电子技术构更加简单且张口处没有波纹壁的厚度可以实现更络在此给出几种具有周期结构馈源阵排布方式的模式小的间距组阵有利于改善交叠电平和对应的激励系数如图 5 所示以及各馈源阵模式对应的初级方向图如图 3 和图 6 所示其中图 6 中方向图为 E 面和 H 面图1 天线系统几何图图4 选取喇叭尺寸口径为1.3λ 经设计优化得喇叭口馈源喇叭驻波比径波导长度 L = 1.37λ 喇叭馈电段的波导半径为 0.37λ 工作在 Ka 频段的双模圆锥喇叭的模型如图 2 所示其辐射方向图和驻波比分别为图 3 和图 4 所示图2 喇叭模型 3.2 图5 周期结构馈源阵各模式的排布方式及其激励系数二次辐射分析根据上述选取的天线模型和参数并结合馈源阵各模式排布和激励系数利用 Grasp 软件进行仿真得到图各模式在焦点处次级方向图的方向性系数和副瓣电平馈源喇叭辐射方向图周期结构馈源阵的仿真周期结构排布根据文献[5] 本文结合 CORPS BFN 的设计思路并用一分二等功分器进行设计等相位输入输出的馈电网数据见表 1 从表 1 可以看出各模式馈源阵次级方向图的方向性系数均大于 41 db 其中菱形 2 2 和 3 3 模式大于单个喇叭的值而菱形 4 4 和 5 5 模式小于单个喇叭的值是由于有副瓣照射进反射面由图 1 和图 6 可知就副瓣电平而言单个喇叭的值大于 -20 db 其他均小

3 第9期 59 时政欣等周期结构馈源阵对多波束天线性能的影响于-20 db 其中菱形 3 3 和 4 4 模式的副瓣电平在-26 db 以下可见馈源阵模式改善了单个馈源高副瓣的缺点偏移量 N λ 其中 N = 0, 1,, 7 得到偏焦后的数据如图 8 所示从图 8 可以看出其结论与 x f 轴偏焦时的结论相似 y f 轴偏焦时方向性系数均在 41.5 db 以上其中菱形 2 2 和 3 3 模式最高单个喇叭次之菱形 5 5 最低 y f 轴偏焦时副瓣电平单个喇叭的最差较优的是菱形 4 4 模式 4 结论本文主要基于 CORPS BFN 的设计思想对馈源按照一定规律性进行了具有周期结构的排布组成多种模式的馈源阵并与单个馈源一起进行仿真与分析得到馈源阵对单个馈源副瓣电平高的缺点较为明显的改善在多波束天线设计时还应根据天线指标要求和实际情况图6 表1 天线性能各模式次级方向图的天线性能单个喇叭菱形 2 2 菱形 3 3 菱形 4 4 菱形方向性系数 D /db 副瓣电平 SL /db 进行选取馈源阵列的排布模式菱形和 5 5 模式的初级方向图当馈源组的喇叭数目增多时通过文献可知网络的级联层数就随着增多伴随着网络的损耗就增加横向偏焦分析在馈源坐标系 x f y f z f 中各模式的馈源阵在 x f 轴方向上分别偏移整数倍个波长进行偏焦仿真并分析天线的性能结果其中偏移量表示为 N λ N = 0, ±1,, ±7 偏焦后的天线性能分别在图 7 a 和 b 中表示从图 7 a 中可知馈源阵各模式在 x f 轴方向上偏焦时的方向性系数变化量为±0.5 db 且菱形 2 2 模式的值最高次之为菱形 3 3 模式均在 45 db 以上菱形 4 4 和 5 5 模式比单个喇叭的要低一些这是由于副瓣照进去的缘故图 b 中可以看出单个喇叭偏焦时副瓣电平值是最高的当偏移量为 7 个波长时达到-16 db 左右菱形 2 2 模式偏焦时副瓣电平为 -20 ± 1.5 db 其他三种模式均小于-22.5 db 其中菱形 4 4 模式偏焦时副瓣电平均优于-24.8 db 就副瓣电平而言该模式的排布方式最优接下来对馈源阵各模式进行馈源坐标 y f 轴偏焦由于馈源指向的反射面相对于馈源坐标的 y f 轴方向是对称的只需对各模式进行 y f 轴正方向偏焦仿真在此取图7 馈源阵各模式 x f 轴偏焦时天线性能曲线图

4 60 现代电子技术 2013 年第 36 卷社 [3] LEE Y J YEO J MITRA R et al. Application of electromag netic band gap EBG superstrates withcontrollable defects for a class of patch antennas asspatial angular filters [J]. IEEE Transactions on Antennas Propag [4] GARCIA R BETANCOURT D IBAÑEZ A et al. Coherently periodic radiation structures CORPS A step towards high resolution radiations systems [C]// IEEE Symp. on Antenna and Propagation. Washington USA IEEE [5] BETANCOURT D DELRIO C. Multi beam applications of CORPS BFN reflector antenna feeding system [C]// 30th An tenna Workshop on Antennas for Earth Observation Science Telecommunication and Navigation Space Missions. Noordwijk Netherlands ESA [6] 李明洋刘敏杨放.HFSS 天线设计 [M].北京电子工业出版社 [7] 魏文元宫德明陈毕森.天线原理 [M].北京国防工业出版社 [8] 杨可忠杨智友章日荣.现代面天线新技术[M].北京人民邮图8 馈源阵各模式 y f 轴偏焦时天线性能曲线图参考文献 [1] 谢崇进王华芝.卫星多波束天线综述[J].中国空间科学技术 [2] 叶云裳.航天器天线理论与设计[M].北京中国科学技术出版作者简介时政欣电出版社 [9] BETANCOURT D DEL RIO C. A novel methodology to feed phased array antennas [J]. IEEE Transactions on Antennas and Propagation [10] BETANCOURT D DEL RIO C. Applications of the human eye working principle CORPS BFN [C]// EUCAP rd European Conference on Antennas and Propagation Berlin EUCAP 男在读研究生主要研究方向为航天器天线技术上接第 49 页 4 结 [3] FARINA Alfonso. Antenna based signal processing techniques 论将自适应旁瓣对消技术应用于通信对抗系统中是确实可行的它能够有效抑制来自旁瓣的强干扰信号提高了主瓣内通信信号的侦察能力参考文献 [1] HAIMOVICH A M. A sampling based approach to wideband in for radar systems [M]. [S.l.] Artech House [4] COMPTON R T Jr. Adaptive antennas concepts and perfor mance [M]. England Cliffs New Jersy Prentice Hall [5] WIDROW Bernard STEARNS S D. Adaptive signal processing [M]. England Cliffs New Jersy Prentice Hall [6] WIENER N. Extrapolation interpretation and smoothing of stationary times series [M]. NY MIT Press and Wiley terference cancellation [J]. IEEE Trans. on Aerospace and Elec [7] LEONG H W H. A comparision of sidelobe cancellation tech [2] 保铮.自适应天线旁瓣相消的几个主要问题[J].西北电讯工程 surface wave radar [M]. Ottawa Defence Research Establish tronic Systems 学院学报作者简介杨瑞民 niques using auxiliary horizontal and vertical antennas in HF ment 男 1966 年出生陕西富平人副教授研究方向为信号处理电路设计

5 易迪拓培训专注于微波射频天线设计人才的培养网址 : 如何学习天线设计天线设计理论晦涩高深, 让许多工程师望而却步, 然而实际工程或实际工作中在设计天线时却很少用到这些高深晦涩的理论实际上, 我们只需要懂得最基本的天线和射频基础知识, 借助于 HFSS CST 软件或者测试仪器就可以设计出工作性能良好的各类天线易迪拓培训 ( 专注于微波射频和天线设计人才的培养, 推出了一系列天线设计培训视频课程我们的视频培训课程, 化繁为简, 直观易学, 可以帮助您快速学习掌握天线设计的真谛, 让天线设计不再难 HFSS 天线设计培训课程套装套装包含 6 门视频课程和 1 本图书, 课程从基础讲起, 内容由浅入深, 理论介绍和实际操作讲解相结合, 全面系统的讲解了 HFSS 天线设计的全过程是国内最全面最专业的 HFSS 天线设计课程, 可以帮助你快速学习掌握如何使用 HFSS 软件进行天线设计, 让天线设计不再难课程网址 : CST 天线设计视频培训课程套装套装包含 5 门视频培训课程, 由经验丰富的专家授课, 旨在帮助您从零开始, 全面系统地学习掌握 CST 微波工作室的功能应用和使用 CST 微波工作室进行天线设计实际过程和具体操作视频课程, 边操作边讲解, 直观易学 ; 购买套装同时赠送 3 个月在线答疑, 帮您解答学习中遇到的问题, 让您学习无忧详情浏览 : MHz NFC/RFID 线圈天线设计培训课程套装套装包含 4 门视频培训课程, 培训将 13.56MHz 线圈天线设计原理和仿真设计实践相结合, 全面系统地讲解了 13.56MHz 线圈天线的工作原理设计方法设计考量以及使用 HFSS 和 CST 仿真分析线圈天线的具体操作, 同时还介绍了 13.56MHz 线圈天线匹配电路的设计和调试通过该套课程的学习, 可以帮助您快速学习掌握 13.56MHz 线圈天线及其匹配电路的原理设计和调试详情浏览 :

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