L_S_C三频段波纹喇叭耦合L频段差模的研究.docx

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1、2013061801.DENG Zhiyong. ZHANG Wejing. LI Yong. L/S/C-band corrugated horn with L-band differential mode coupling capability JI. ChieseJour-3-0502-072中国电子科技集团第54所，河北石家庄0500811摘 要 在具有单脉冲跟踪能力的超宽带双槽深波纹喇叭的研究中，通过对双槽深波纹喇叭内的差模临界截止点和电压波腹点的研究和分析，提出了在双槽深波纹喇叭内耦合出差模信号的思路，并据此设计了在L频段具备单脉冲跟踪能力的L/S/C三频段共用双喇叭.通过理论计算

2、、仿真和测试，该设计在辐射方向图对称,狼同居同?匹配号性，倏蒯*尖键词差模耦合；双槽深定目标，验证了设计方法的有效性.mode coupling capability像那鳞噂叭 ZHANG Wejing2 LI Yog2Qhiltei 50081, China；comal mode, a design strategy that coup能0播好榭皆由嫌邛8渊蝇抑虢朝幽M能饱岫晒洋0?i63.ated horn is proposed. Based on this an L/S/C-band dual-slot corrugated horn with L- bend monopulse tr

3、acking ability is designed. It is demonstrated by the theory analysis, simulation and measured results that in L/S/C-band the horn has excellent matching ptrformance and symmetrical radiation pattern. Besides, the L-bad differential signal ccupled from the corrugated hor is suitable for monopulse tr

4、acking task, satisfying all the requirements. The consistency between the measurements and simulations validate tre present design methodology.Key words differential mode coupling ； dual-slot ； multi-band ； corrugated horn1994-2015 Publishing House. All rights(hina Academic reserved. cclronic Journa

5、l 邓智勇等：L/S/C三频段波纹葆物3拾L频段差模的研50 25 m 深空站 beep Space Network, DSS-25上安装了一套X/Ka多频段馈源，X、Ka频段系统都具有发射和接收功能，X频段发射与接收频率是在开槽壁上实现的，并且对于Ka频率几乎没有影响.国内在波纹喇叭内耦合出信号的技术研究与工程应用较早的是中国电子科技集团第39所李绍友、张成全等同志，他们对S/X、双频段馈源进行了分析、计算、设计及调试工作，并把这种技术广泛应用到遥测天线少本论文在前人设计出的传输主模HE”模双槽深波纹喇叭基础上进一步技术探索，使得双槽深波纹喇叭同时具有传输三频段主模信号和别离出差模信号的作用

6、.从而在双槽深波纹喇叭馈源内，实现了高性能宽频带工作性能，同时又实现了单脉冲跟踪功能.理论分析1随着卫星通信天线技术的快速发展，通信业务量与日俱增，对于多频共用卫星通信地球站天线需求越来越多，多频共用技术也就成为了卫星通信天线一个重要的发展方向.由于双频共用和多频共用卫星通信地球站天线具有通信容量大、一站多用、结构紧凑、成本低的特点因此成为了当前研究的热点，其关键技术也在于多频共用馈源的研究.大多数地球站天线要求具有指向跟踪能力，即保证天线始终对准绕地球旋转的卫星.目前，天线跟踪方式主要包括2,：圆锥扫描跟踪、步进跟踪、程序引导跟踪、单脉冲跟踪等方式.其中单脉冲跟踪M以其精度高、速度快等特点而

7、被广泛应用于跟踪中、低轨卫星通信天线中.单脉冲跟踪系统设计的关键是差模馈源的研制，目前应用比拟多的差模馈源方式如下所示：1四喇叭合成方式.这是一种原理分析清晰、加工容易且比较实用的方式，但是在双频段或多频段馈源天线中应用这种结构导致天线的照射效率低，且最大的缺点是这种方式使频段与频段之间的波束指向偏差比较大，在双频段或多频段实时跟踪时，使得两个频段之间切换效率变慢.2圆波导TEa模方式.这是一种原理分析清晰、天线照射效率高、和差波束一致性比拟好的方式，但它的缺点是第一、由于TE2莫耦合器采用8臂耦合波导合成结构，8根矩形波导通过8排小孔与圆波导耦合，导致加工复杂、结构尺寸大第二、这种跟踪方式大

8、部分只适合于单频段跟踪，假设使用在双频段上如C/Ku上，C频段采用这种跟踪方式，那么就会导致Ku频段无法正常工作，因此这种跟踪方式不适用于双频段或多频段跟踪.3圆波导TMo模方式.此方式结构简单紧凑、成本低廉、极化调整方便，但是此跟踪方式缺点是：工作频带比较窄，只能跟踪圆极化信标卫星，无法跟踪线极化信标卫星.4波纹喇叭槽内耦合差模方式.此方式具有结构紧凑、体积小等特点，因此多频段同时差模跟踪馈源的研究在工程应用上有着非常重要的价值.比较早使用波纹喇叭耦合技术的是Goldstone深空网beep Space Network. DSN I喷气推进实验室 Jet Propulsion Laborat

9、ory. J PL J 64 m 天线上改造S/X双波段馈源，由Seymourch提出了 S/X1. 1 L/S/C三频段波纹喇叭的分析如图1所示，与传统的波纹喇叭,结构相似，L/S/C三频段波纹喇叭分为5个部分：光壁过渡段、模变换段、变频段、变角段及辐射段.为了更好地设计出L/S/C三频段波纹喇叭，本文分析了波纹喇叭的导纳和波纹喇叭到天线副反射面边缘照射的幅度与相位等参数.图1 L/S/C三频段差模跟踪馈源原理框图， James模型L/S/C三频段波纹喇叭的工作频带接近6个倍频，所以L/S/C三频段波纹喇叭部分双槽深结构除如图2所示.图中，P为双槽深结构的槽周期；W为槽宽；t为槽齿厚；成为深

10、直槽深度；d2为浅直槽深度；a为内壁半径.在模变换段内的每个周期由1个环加载槽、1个直槽组成，其中环加载槽工作于低频段、直槽工作于高频段，在L/S/C三频段波纹喇叭内其他段的每个槽周期由1个深直槽和1个浅直槽组成.在模转换段的人口与出口的口径尺寸选取上主要参照入口槽半径要求Kha =2 73 4，ei Q04-Journal1.1.2216602050LeJAll ghtschina Academicreserved.Electronichl h iK0，但L/S/C三频段波纹表3TTL/S/C得出喇结果，女出口槽3筮报第29卷504表2波纹喇叭的出口导纳Y f/GHzj根.据天线照射效率的要

11、求这里需要考虑到初级枷遮尊影响天线效率的问题，因此，波纹喇叭与天弹卧射面的距离不能太近.根据以往波纹喇叭的纶验和天线的电气性能指标要求，最后选取fcC三频段波纹喇叭的口面槽参数为：喇叭口面半/径为317. 5 mm. = 1歹，相心距口面为880 mm.球面波展开法rl计算，图2局部双槽深结构示图寸面边缘照射幅度与相位f/GHz Y Y喇叭工彳乍放带错版大：在横变换段口径上尽量选取小，这样有助于抑制高频段的高次模式.经过综合考虑选取L/S/C三频段波纹喇叭的槽周期为14mm、槽宽为4. 9 mm、槽齿厚为2 1 mm,由于双槽深波纹喇叭每个槽周期的导纳作是由两个单槽导纳并联组合成的，因此在这个

12、波纹喇叭选取双槽深参数的时候，尽量使L/S/C三频段波纹喇叭的导纳在模变换器的入口和波纹喇叭的出口处选取适宜.通过理论计算得出模变换器的人口导纳丫，如表1所示.从模变换器的人口导纳数据可以看出所有频段内导纳绝对值都大于20.从工程经验上来说只要导纳绝对值大于20,就可以认为模变换器的入口趋近于光壁圆波导，证明波纹槽参数的选取是适宜的.波纹喇叭出口的导纳如表2所示，从数据可以看出在波纹喇叭出口 S频段内的导纳绝对值大于6,由于对S频段电气性能的设计指标要求不高，因此，对于S频段在L/S/C三频段波纹喇叭内传播性能等同于光壁圆张角喇叭.L、C两个频段导纳的绝对值都在1左右，能够保证L、C两个频段在

13、L/S/C三频段波纹喇叭内的辐射特性良好.表1模变换器的人口导纳丫1. 16 8 221. 60 14. 222 20 15 902 50 16 473 80 20. 184. 00 19. 606 00 21. 146 30 21. 41喇叭口面到天线副反射面边缘照射幅度与相位f/GHz SE/dB SH/dB h一 69.9539-67.92-41.0514.00-41.27-7.491583一 55017.20163416.57166720.1216.75254419.67253360.8021.1760.7067.0621.4767.49从计算出的数据可以看出，L/S/C三频段波纹喇叭

14、槽参数选取是比较合适的，根本满足天线电三性能指标要求.1. 2 L频段差模跟踪信号的分析根据L/S/C三频段共用双槽深波纹喇叭内的槽参数来设计分析L频段跟踪网络.由双槽结构三频段共用波纹喇叭馈源的槽参数求解L频段差模信号等效导纳Y差,在三频段共用波纹喇叭馈源模变换段内，模变换段由环加载槽和直槽组成，差模信号HErm =2、n = 1等效导纳丫差计算公式为PYM5式中1. 1627. 25 3 801. 60 107. 36 4. 00b2Y1 +b1Y2 GHz21. 56 bj 1 =37. 311 .YGHz丫m kdo+ Bm lm + U m2 W2 20 53 26 6 00 -61. 21；2 50-26 06 3042 22fi 丫2 = 1jm kdo + Bm Um3 2 W 1 J;1 h ： Nm fcd2 -Jm S 2W mE 2 m 2 m ka N kd -J kd N kaC19O42015publishi