一种新型宽频带双极化馈源的设计

摘 要：高效率的宽频带馈源可以大大减少馈源数量，减小天线口径，在天线工程中应用很广。采用正方形振子形式设计的新型宽频带双极化馈源，与传统馈源相比，该馈源具有频带宽、体积小以及波束等化好等优点。首先给出了这种馈源的几何结构和腔体理论分析，并对这种馈源反射腔的几种不同结构形式进行了对比分析，分析结果表明采用圆形反射腔形式是最佳选择。对比仿真分析和理论计算结果，两者非常吻合，验证了理论分析的正确性。

　　0 引言

　　由于天文观测的特殊需求，迫切需要高性能、小型化的宽频带馈源，以实现馈源阵的紧密排列，并保证系统具有优良的信噪比性能。对于具有反射腔的振子馈源，增加振子的宽度能够达到展宽频带的目的。通过选择形状不同于常规振子的新型振子，根据频率及频带宽带要求优化振子尺寸及间距等参数，选择最优的馈电方式，最终设计出满足宽带要求的高性能馈源。

　　1 新型馈源提出

　　根据某工程需要，观测频率初步设定为0. 5 ~1. 2 GHz，天线方案选为柱形抛物面天线，馈源为半波长间距的线阵，柱形抛物面的焦径比f / D 选为0. 4。传统馈源由于其频带窄、尺寸大且波束等化不好等因素不能满足设计要求，基于此提出了一种新型宽频带馈源，通过将振子形状设计为正方形以最大限度的展宽频带，其尺寸约为0. 33 λc (λc 为中心频率所对应的波长)，该设计能满足宽频带、小型化的需求。对2 个振子分别交叉馈电能满足双极化的要求，该馈源的结构示意图如图1 所示。

图1 新型馈源结构外形图

　　2 理论分析

　　腔体中的场是波导模Fourier 变换的和，腔体敞开端的绕射和耦合效应可忽略不计。在开口腔体辐射器的理论分析中，波导激励理论用来计算由腔体激励器激励的标准模。接着由孔径场计算辐射场。

　　第q 个模的孔径场Eθq和Hφq产生的总辐射场( Erq ) 由下式得到：

　　式中：

　　式中：

　　式中，是包围电流源Ja的体积分，是腔体截面(CS) 上的面积分。

　　式中，ζ0 和Zq 分别是自由空间和第q 个波导模的波阻抗，第q 个TE 或TM 波导模的特征值是kcq。