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超高性能微波天线馈源系统的设计与分析

作者:时间:2012-11-04来源:网络收藏

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/153753.htm

图 2 C波段正交器

元件来说,通过求解Maxwell方程这一古典的方法来获得其特性是困难的。由于高速度大容量计算机的出现。促进了各种数值方法的发展。在电磁场问题的数值计算领域出现了多种方法,如有限时域差分法(FDTD),模匹配法(MMT),传输线矩阵法(TLM)和有限元法(FEM)等。这些方法对处理各类电磁场问题是部分有效的,但都有所限制。相对而言,有限元法应用比较成熟,可以处理较多类型的电磁场问题,当然对计算机资源的要求也更高。基于有限元法的高频结构仿真软件HPHFSS为解决元件的方法提供了一种有效的手段。

利用软件优化过程实际上是一个加工调试的仿真过程,可以把过去用实验方法确定的尺寸用计算机得到。侧臂优化的计算量大,由于侧臂尺寸对直通口性能影响较小而且侧臂匹配的难度较大,对直通口的匹配影响可以选择特定的元件来达到减小的目的。优化侧臂的模型可利用其对称性来减少计算量,弯波导优化后的驻波优于1.02。扭波导优化后的驻波优于1.04。

元件性能的稳定性是的另一个重要目标之一。通常情况下,对于非谐振结构微波元件来说,尺寸对性能影响是平缓的(非激烈变化的),利用微扰结构尺寸的方法可达到检验计算结果,确定制造公差的目的。特别是对性能影响很大的尺寸公差的确定是很有必要的,可为合理分配公差,降低制造成本提供科学依据。

3.馈源的优化方法

馈源的性能优化是一个十分复杂的问题,各部分的尺寸变化都会影响性能。由于受计算机资源的限制,对整个馈源进行优化设计是困难的,采用对各微波元件进行优化设计后,再对各微波元件的连接关系(接口位置)进行优选,可以得到较好的系统性能。例如,喇叭的最大的回波损耗为-34dB,正交器的最大回波损耗为-32dB,通过优选喇叭与正交器的连接尺寸后,正交器加喇叭合成后最大回波损耗为-32.5dB。

三、 计算与实测性能

喇叭优化后的VSWR和方向图结果如图 3所示,方波导正交器优化后的VSWR结果如图 4所示,对正交器中的主要结构尺寸加微扰(尺寸加公差)后计算的VSWR如图 5所示。从仿真结果来看,正交器中的主要结构尺寸的公差要求在+0.2%~+0.4%是适当的。整个馈源系统的VSWR结果如图 6所示,它的交叉极化鉴别率如图 7所示。

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图 3 喇叭优化后的VSWR和方向图

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图 4 方波导正交器优化后的VSWR

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图 5 正交器中主要结构尺寸加微扰后的VSWR

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图 6 馈源系统的VSWR

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图 7 馈源系统的交叉极化鉴别率

四、 结 论

本文介绍了C波段超微波的馈源系统的设计方法。给出了计算和实测结果,提出了利用高频结构仿真软件确定微波元件制造公差的方法。整个系统的驻波优于1.05,交叉极化隔离优于40dB。该馈源系统已很好地应用于3.2m的微波中继

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