第１９卷第１２期
２００７年１２月
文章编号：强ＨＩＧＨ激ＰＯＷＥＲ光与粒子束Ｖ０１．１９，Ｎｏ．１２Ｄｅｃ．。２００７ＬＡＳＥＲＡＮＤＰＡＲＴＩＣＬＥＢＥＡＭＳ１００ｌ一４３２２（２００７）１２—２０６５一０４
宽波束双馈源超宽带抛物面天线设计与仿真’
吴辉，张安学，郭晨，蒋延生
（西安交通大学微波与光通信研究所，西安７１００４９）
摘要：针对单馈源超宽带抛物面天线波束较窄的问题，设计了一种宽波束双馈源超宽带抛物面天线。
该抛物面天线是由一个普通的抛物面从中间对称分式，并在中间以平板连接而成的。馈源采用改进型平面
ＴＥＭ喇叭天线，同轴垂直馈电方式。两个馈源分别置于抛物面的两个焦点上。并利用时域有限差分数值方法
分析了该天线的辐射性能。通过改变抛物面的结构，调节双馈源与天线主轴的夹角等方法可以有效改善天线
的辐射性能。结果表明，所设计的宽波束双馈源抛物面天线可以在远区更宽的空间上形成峰值功率比较均匀
的电磁脉冲，在不降低峰值功率的前提下有效地增加了波束的宽度；在抛物面天线两边进行少量切割不会对辐
射场产生明显影响，节省了空问。
关键词：高功率微波；宽波束；超宽带天线；双馈源；抛物面天线；时域有限差分
中图分类号：ＴＮ８２文献标识码：Ａ
近年来，随着超宽带电磁脉冲技术的迅猛发展，超宽带高功率技术在军事方面的应用日益突出。抛物面天线是比较常见的一种超宽带高功率天线，但是常用的单馈源抛物面天线存在着峰值波束较窄的问题，而在某些应用中却需要较宽的波束。近年来，为了提高轴线峰值功率，有人提出采用单抛物面多馈源技术Ⅲ。为了拓展峰值波束的宽度，本文设计了一种新型的宽波束双馈源超宽带抛物面天线，可实现双馈源功率空间合成，并可在较宽的空间上获得峰值功率比较均匀的电磁脉冲，在不降低峰值功率的前提下有效地增加了波束的宽度。１宽波束双馈源抛物面天线设计
本文所设计的宽波束双馈源抛物面天线如图１所示。为了简化天线的结构，节省空间，利用镜像原理，只保留了馈源和抛物面的一半，另一半改用可近似为无限
大接地平板的金属导电平板［２］。图ｌ中的抛物面是把
一个普通的抛物面（如图２（ｂ）所示）从中间对称分开，
使得焦点变为两个（Ｆ，和Ｆ２），再把两半抛物面用一段
长度为Ｌ的平板连接起来。将两个完全相同的馈源分
别摆放在焦点Ｆ，和Ｆ２上，馈源轴线与天线主轴的夹
角均为口。通过改变Ｌ与口的值来改变在远区空间合
成的峰值波束的宽度以及峰值功率的大小。
馈源采用改进型平面ＴＥＭ喇叭天线［１’３‘，这是一
种结构简单而性能优良的超宽带平面天线［１］，其尺寸如
图２所示，ＶＩ厂１＝１６．１ｃｍ，Ｗ２＝４８．０４ｃｍ，Ｌ１—４．０２５ｃｍ，Ｌ２—４２．９７５ｃｍ，Ｒｏ一８．０５ｃｍ，矗１＝６．０５３９．５５４ｃｍ，＾一Ｆｉｇ．１（ａ）ｆｒｏｎｔ。ｉｅ、Ⅳ（ｂ）ｔｏｐ。ｉ州ｗｉｄ山。。ｍｐ。，。ｂ。ｌｏｉｄ。ｌａ。ｔ。。。。。ｉｔｈｄ。。ｌ－。。Ⅲ。图１宽波束双馈源抛物面天线ｃｍ。ＴＥＭ喇叭馈源采用同轴垂直馈电［５］。ＴＥＭ喇叭天线在主轴上的辐射场为［６］Ｅ（ｒ，￡）＝一．占｛坐釜盟一筹［Ｖ（￡）一Ｖ（￡一２Ｌ／ｃ）］｝４７【，ｒ，ｇＩｕ‘厶上一（１）Ｊ
其中＾一Ｚｆ。甜／Ｚ。，磊一３７６．７２７Ｑ；ｃ为光速；Ｖ（￡）为馈点电压；ｒ为沿主轴的距离；Ｌ与＾分别代表ＴＥＭ喇叭的长度和高度。
为了便于比较，文中还给出了单个ＴＥＭ喇叭馈源在焦点处照射普通抛物面天线的仿真结果。其结构尺寸如图２所示，普通抛物面的焦距，＝１５０ｃｍ，口面半径Ｒ＝１８０ｃｍ，焦径比∥２Ｒ—ｏ．４１７。
为了计算天线的辐射远场波形，首先建立了远区电场观察模型，如图３所示。在距离天线口径面６６４ｃｍ－收稿日期：２００７—０６—１３｝修订日期：２００７—１１—２２
基金项目：国家自然科学基金资助课题（６０５０１００４）
作者简介：吴辉（１９８２一），男，浙江人，硕士，现从事高功率超宽带天线及其阵列研究工作；ｗｕｈｕｉ．ｘｊｔｕ＠ｓｔｕ．ｘｊｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ。
第１２期吴辉等：宽波束双馈源超宽带抛物面天线设计与仿真
Ｆｉｇ．５Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｐｅａｋｐｏｗｅｒｃｈａｎｇｉｎｇｗｉｔｈｔｈｅａｎｇｌｅａｎｄｔｈｅ１ｅｎｇｔｈ
图５峰值功率随着馈源与天线主轴的夹角以及连接板的长度变化
２双馈源之间的互耦
ＴＥＭ喇叭馈源之间的互耦对于阵列的辐射特性
有一定影响［７］，所以双馈源之间的互耦是必须考虑的
问题，图６是仿真得到的双馈源焦距内口一２５。馈电时
Ｓ。。曲线（即双馈源间的互耦曲线）。由图６可见，采用
焦距内双馈源馈电时Ｓ：。很小，基本保持在一２０ｄＢ以胁八√八／＾＿、／＼＼ｎｆＶｐ＼厂、，、厂、，Ｖｉ
ＴＶＶ‘
下，说明两ＴＥＭ喇叭馈源间的互耦影响相对较小，对
阵列的辐射特性不会产生明显的影响，所以这样组阵
是可行的。ｆｒｃｑｕｅｎｃｙ／ＧＨ２
Ｆｉｇ．６Ⅸｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｌｉｎｅｏｆｔｈｅｍｕｔｕａｌ
ｔｗｏｓｏｕｒｃｅｓｃｏｕｐｌｉｎｇｂｅｔｗｅｅｎ
３抛物面边缘切割对天线性能的影响
在实际工程中，在不降低天线性能的情况下，抛物图６双馈源焦距内馈电时互耦曲线
面的面积越小越好，抛物面的边缘最好为直线，这样便于加工、运输与安装。如图７所示，双馈源的摆放位置仍然在焦点Ｆ，和Ｆ２处，馈源轴线与天线主轴的夹角口一５０。，进行边缘切割的抛物面仍然采用如图１所示的中间连接平板长度Ｌ＝２０ｃｍ的抛物面。把抛物面的两边均切割掉Ｓ，把抛物面的顶部切割掉ｕ，观察ｒＥ。值分布随着切割深度Ｓ与Ｕ的改变而变化的规律。
图８为抛物面边缘切割后的峰值功率分布图。从中可以看出，对抛物面两边的切割（切割深度ｓ在３０ｃｍ之内）并不会明显地改变“０值的分布，峰值波束宽度不会明显变窄，但是对抛物面顶部的切割却会对ｒＥ，。值的分布产生较大的影响，会使峰值波束宽度明显变窄。所以，本文设计采用两边边缘切割的抛物面天线，以减小抛物面的面积，如图９所示，切割深度Ｓ＝３０ｃｍ，抛物面中间连接平板的长度Ｌ＝２０ｃｍ，馈源轴线与天线主轴的夹角口＝５０。，其ｒｋ值的分布如图８中Ｓ一３０ｃｍ，【，＝ｏ曲线所示。
Ｆｉｇ．７Ｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｅｄｇｅ—ｃｕｔｐａｒａｂｏｌｏｉｄ
ｐ，（。）
Ｅｆｆｅｃｔｏｆｅｄｇｅ－ｃｕｔｔｉｎｇｔｈｅｐｅａｋｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ
图７对抛物面进行边缘切割的模型图Ｆｉｇ．８ｏｎｐｏｗｅｒ
图８边缘切割对峰值功率分布的影响
２０６８强激光与粒子柬第１９卷４结论
本文设计了一种新型的宽波束双馈源超宽带抛物面
天线。通过上述仿真分析可以看出，通过改变馈源轴线
与天线主轴的夹角以及抛物面中间连接平板的长度均可
以有效地拓展波束宽度，当馈源轴线与天线主轴的夹角
为５ｄ。、抛物面中间连接平板长度为２０ｃｍ时，可以在满
足峰值功率不降低的前提下展宽波束宽度１０７．４％；双馈
Ｆｉｇ．９Ｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｅｄｇｅ－ｃｕｔｐａｆａｂｏｌｏｉｄａｌａｎｔｅｎｎａ
源之间的耦合系数保持在一２０ｄＢ以下，说明双馈源间的图９两边边缘切割的抛物面天线
互耦影响相对较小，可用于组阵；本设计还将抛物面的两
边边缘均切割掉了３０ｃｍ，既节省了空间，便于加工、运输和安装，又不会对天线的辐射性能产生太大的影响。参考文献：
［１］ＢａｕｍＣＥ．Ｕｌｔｒａ＿ｗｉｄｅｂａｎｄ／ｓｈｏｒｔ—ｐｕｌｓｅｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｓ［Ｍ］．ＮｅｗＹｏｒｋ；Ｐ１ｅｎｕｍＰｒｅｓｓ，１９９７．
［２］冯恩信．电磁场与波［Ｍ］．西安：西安交通大学出版社，１９９９：４８—５３．（ＦｅｎｇＥｘ．Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄａｎｄｗａｖｅ．ｘｉ’ａｎ；ｘｉ’ａｎＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉ—
ｖｅｒｓｉｔｙＰｒｅｓｓ，１９９９：４８—５３）
［３］王向晖．超宽带天线若干问题的研究［Ｄ］．西安：西安交通大学，２００４：１—７．（ｗａｎｇＸＨ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｓｏｍｅｐｒｏｂｌｅｍｓａｂｏｕｔｕｌｔｒｒｗｉｄｅｂａｎｄａ”
ｔｅｎｎａｓ．Ｘｉ’ａｎ；Ｘｉ’ａｎＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００４：１—７）
［４］张光甫．瞬态天线及其在超宽带雷达中的应用［Ｄ］．长沙：国防科学技术大学，２００４：６０一６１．（ＺｈａｎｇＧＦ．Ｔｒａｎｓｉｅｎｔａｎｔｅｎｎａａｎｄｉｔｓａｐｐｊｉｃａ—
ｔｉｏｎｓｉｎｕｌｔｒａ—ｗｉｄｅｂａｎｄｒａｄａｒ．Ｃｈａｎｇｓｈａ：ＮａｔｉｏｎａｌＵｎｉｖｅｆｓｉｔｙｏｆＤｅｆｅｎｓｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００４：６０—６１）
［５］吴锋涛，张光甫，张伟军，等．ＦＤＴＤ分析时域平面ＴＥＭ喇叭天线阵［Ｊ］．国防科技大学学报，２００６，２８（４）：５４—５８．（ｗｕＦＴ，ＺｈａｎｇＧＦ，
ＺｈａｎｇｗＪ，ｅｔａ１．ＡｎａｌｙｚｅｔｉｍｅｄｏｍａｉｎｐｌａｎａｒＴＥＭｈｏｒｎａｎｔｅｎｎａａｒｒａｙｂａｓｅｄｏｎＦＤＴＤ．ＪＤ“崩口ｚＤ，№ｆｆｏ触Ｚ叽｛御ｒｍｙｏ，ＤＰ＾”ｓＰｎ抽一”ＤＺＤｇｙ，２００６，２８（４）：５４—５８）
［６］ＢａｕｍｃＥ，ＦａｒｒＥＧ．ｕＩｔｒａ—ｗｉｄｅｂ８ｎｄ／ｓｈｏｒｔ．ｐｕｌｓｅｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｓ［Ｍ］．ＮｅｗＹｏｒｋｌＰｌｅｎｕｍＰｒｅｓｓ，１９９３；１３９—１４７．
［７］廖勇，盂凡宝，周海京，等．ＴＥＭ喇叭天线阵列单元互耦对阵列辐射特性的影响［Ｊ］．强激光与粒子束，２００３，１５（１２）；１２１３—１２１６．（ＬｉａｏＹ，
ＭｅｎｇＦＢ，ＺｈｏｕＨＪ，ｅｔａＬＩｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｍｕｔｕａｌｃｏｕｐ】ｊｎｇｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｅｌｅｍｅｎｔｏｆＴＥＭｈｏｒｎａｍｙｓｏ力ｆａ卜ｆｊｅｌｄｒａｄｊａｔｊｏｎ．Ｈｉｇ矗ＰＤｔｗｒＬ口ｓ￡ｒ口＂ｄＰ口ｎｉｆ如ＢＰ口优ｓ．２００３，１５（１２）：１２１３—１２１６）
ＤｅｓｉｇｎａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎＯｆａｗｉｄｅ。ｂｅａｍｕｌｔｒａ—ｗｉｄｅｂａｎｄ
ｐａｒａｂｏｌｏｉｄａｌａｎｔｅｎｎａｗｉｔｈｄｕａｌ—ｓｏｕｒｃｅ
ＷＵＨｕｉ，ＺＨＡＮＧＡｎ－ｘｕｅ，ＧＵ０Ｃｈｅｎ，ＪＩＡＮＧＹａｎ－ｓｈｅｎｇ
（Ｊ挖ｓｍ“地ｏ，Ｍ站ｒｏｔ眦御ＣＤｍｍ“咒ｉｃ口ｆｉｏ行，Ｘｉ’删Ｊ缸Ｄ￡ｏ竹ｇＵｋｉ钟ｍ如ｙ，Ｘｉ’彻７１００４９．Ｃ＾ｉｎｎ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓｔｈｅｂｅａｍｉｓｔｏｏｎａｒｒｏｗｉｎｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｕｌｔｒａ－ｗｉｄｅｂａｒｌｄ（ＵＷＢ）ａｎｔｅｎｎａｗｉｔｈｓｉｎｇｌｅ－ｓｏｕｒｃｅ，ａｎｏｖｅｌｗｉｄｅ＿ｂｅａｍＵＷＢｐａｒａｂｏｌｏｉｄａｌａｎｔｅｎｎａｗｉｔｈｄｕａｌ＿ｓｏｕｒｃｅｈａｓｂｅｅｎｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅｎｏｖｅｌｐａｒａｂｏｌｏｉｄｗａｓｉｍｐｒｏｖｅｄｆｒｏｍａｎｏｒｉｇｉｎａｌｐａｒａｂｏｌｉｏｄ，ｗｈｉｃｈｗａｓｓｅｐａｒａｔｅｄｉｎｔｈｅｍｉｄｄｌｅａｎｄｔｈｅｔｗｏｐａｒｔｓｗｅｒｅｃｏｍｅｃｔｅｄｂｙａｍｅｔａｌｌｉｃｐｌａｔｅ．ＴｈｅｉｍｐｒｏｖｅｄｐｌａｎａｒＴＥＭｈｏｒｎａｎｔｅｎｎａｉｓａｄｏｐｔｅｄａｓｔｈｅｓｏｕｒｃｅ，ａｎｄｉｔｉｓｆｅｄｂｙｔｈｅｃｏａ】【ｉａｌ－ｃａｂｌｅｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ．Ｔｈｅｄｕａｌ—ｓｏｕｒｃｅｗｅｒｅｐｕｔｏｎｔｈｅｆｏｕｓｅｓｏｆｔｈｅｐａｒａｂｏｌｏｉｄ．Ｔｈｅｒａｄｉａｔｉｏｎｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄａｎｔｅｎｎａａｒｅｓｔｕｄｉｅｄｕｓｉｎｇｔｈｅｆｉｎｉｔｅ—ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｔｉｍｅ—ｄｏｍａｉｎ（ＦＤＴＤ）ｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅｒａｄｉａｔｉｏｎｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄａｎｔｅｌｌｌｌａｃａｎｂｅｉｍｐｒｏｖｅｄｂｙｃｈａｎｇｉｎｇｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｐａｒａｂｏｌｏｉｄａｌａｎｔｅｎｎａａｎｄａｄｊｕｓｔｉｎｇｔｈｅａｎｇｌｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｓｏｕｒｃｅａｎｄｔｈｅｂｏｒｅｓｉｇｈｔｏｆｔｈｅａｎｔｅｎｎａ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄａｎｔｅｎｎａｃａｎｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｒａｎｇｅｏｆｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｐｕｌｓｅｗｉｔｈｅｖｅｎｐｅａｋｐｏｗｅｒ．Ｔｈｅｂｅａｍ—ｗｉｄｔｈｃａｎｂｅｉｍｐｒｏｖｅｄｓｉｇｎｉｆｉ—ｃａｎｔｌｙｕｎｄｅｒｔｈｅｐｒｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇｔｈｅｐｅａｋｐｏｗｅｒ．Ｔｈｅｒａｄｉａｔｉｏｎｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅａｎｔｅｎｎａ，ｗｈｉｃｈｂｏｔｈｅｄｇｅｓｗｅｒｅｃｕｔａｗａｙｓｌｉｇｈｔｌｙ，ｗｉＵｒｌｏｔｂｅｃｈａｎｇｅｄｏｂｖｉｏｕｓｌｙ，ａｎｄｔｈｅｓｐａｃｅｏｆｔｈｅａｎｔｅｎｎａｃａｎｂｅｒｅｄｕｃｅｄａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｈｉｇｈｐｏｗｅｒｍｉｃｒｏｗａｖｅ；Ｗｉｄ｝ｂｅａｍ；Ｕ１ｔｒ扩ｗｉｄｅｂａｎｄ（ＵＷＢ）ａｎｔｅ衄ａ；Ｄｕａｌ－ｓｏｕｒｃｅ；Ｐａｒａｂｏｌｏｉｄａｌａｎｔｅ卅ｎａ；ＦｉｎｉｔＰｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｔｉｍ争ｄｏｍａｉｎ（ＦＤＴＤ）
宽波束双馈源超宽带抛物面天线设计与仿真
作者：
作者单位：
刊名：
英文刊名：
年，卷(期)：
被引用次数：吴辉， 张安学， 郭晨， 蒋延生， WU Hui， ZHANG An-xue， GUO Chen， JIANG Yan-sheng 西安交通大学,微波与光通信研究所,西安,710049强激光与粒子束HIGH POWER LASER AND PARTICLE BEAMS2007，19(12)0次
参考文献(7条)
1. Baum C E Ultra-wideband/short-pulse electromagnetics 3 1997
2. 冯恩信 电磁场与波 1999
3. 王向晖 超宽带天线若干问题的研究 2004
4. 张光甫 瞬态天线及其在超宽带雷达中的应用[学位论文] 2004
5. 吴锋涛. 张光甫. 张伟军 FDTD分析时域平面TEM喇叭天线阵[期刊论文]-国防科技大学学报 2006(04)
6. Baum C E. Farr E G Ultra-wideband/short-pulse electromagnetics 1993
7. 廖勇. 孟凡宝. 周海京 TEM喇叭天线阵列单元互耦对阵列辐射特性的影响[期刊论文]-强激光与粒子束 2003(12)
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_qjgylzs200712029.aspx
授权使用：吉林大学(jldx)，授权号：fe95145f-21b5-4778-8a4e-9e2f016d86f2
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第１９卷第１２期
２００７年１２月
文章编号：强ＨＩＧＨ激ＰＯＷＥＲ光与粒子束Ｖ０１．１９，Ｎｏ．１２Ｄｅｃ．。２００７ＬＡＳＥＲＡＮＤＰＡＲＴＩＣＬＥＢＥＡＭＳ１００ｌ一４３２２（２００７）１２—２０６５一０４
宽波束双馈源超宽带抛物面天线设计与仿真’
吴辉，张安学，郭晨，蒋延生
（西安交通大学微波与光通信研究所，西安７１００４９）
摘要：针对单馈源超宽带抛物面天线波束较窄的问题，设计了一种宽波束双馈源超宽带抛物面天线。
该抛物面天线是由一个普通的抛物面从中间对称分式，并在中间以平板连接而成的。馈源采用改进型平面
ＴＥＭ喇叭天线，同轴垂直馈电方式。两个馈源分别置于抛物面的两个焦点上。并利用时域有限差分数值方法
分析了该天线的辐射性能。通过改变抛物面的结构，调节双馈源与天线主轴的夹角等方法可以有效改善天线
的辐射性能。结果表明，所设计的宽波束双馈源抛物面天线可以在远区更宽的空间上形成峰值功率比较均匀
的电磁脉冲，在不降低峰值功率的前提下有效地增加了波束的宽度；在抛物面天线两边进行少量切割不会对辐
射场产生明显影响，节省了空问。
关键词：高功率微波；宽波束；超宽带天线；双馈源；抛物面天线；时域有限差分
中图分类号：ＴＮ８２文献标识码：Ａ
近年来，随着超宽带电磁脉冲技术的迅猛发展，超宽带高功率技术在军事方面的应用日益突出。抛物面天线是比较常见的一种超宽带高功率天线，但是常用的单馈源抛物面天线存在着峰值波束较窄的问题，而在某些应用中却需要较宽的波束。近年来，为了提高轴线峰值功率，有人提出采用单抛物面多馈源技术Ⅲ。为了拓展峰值波束的宽度，本文设计了一种新型的宽波束双馈源超宽带抛物面天线，可实现双馈源功率空间合成，并可在较宽的空间上获得峰值功率比较均匀的电磁脉冲，在不降低峰值功率的前提下有效地增加了波束的宽度。１宽波束双馈源抛物面天线设计
本文所设计的宽波束双馈源抛物面天线如图１所示。为了简化天线的结构，节省空间，利用镜像原理，只保留了馈源和抛物面的一半，另一半改用可近似为无限
大接地平板的金属导电平板［２］。图ｌ中的抛物面是把
一个普通的抛物面（如图２（ｂ）所示）从中间对称分开，
使得焦点变为两个（Ｆ，和Ｆ２），再把两半抛物面用一段
长度为Ｌ的平板连接起来。将两个完全相同的馈源分
别摆放在焦点Ｆ，和Ｆ２上，馈源轴线与天线主轴的夹
角均为口。通过改变Ｌ与口的值来改变在远区空间合
成的峰值波束的宽度以及峰值功率的大小。
馈源采用改进型平面ＴＥＭ喇叭天线［１’３‘，这是一
种结构简单而性能优良的超宽带平面天线［１］，其尺寸如
图２所示，ＶＩ厂１＝１６．１ｃｍ，Ｗ２＝４８．０４ｃｍ，Ｌ１—４．０２５ｃｍ，Ｌ２—４２．９７５ｃｍ，Ｒｏ一８．０５ｃｍ，矗１＝６．０５３９．５５４ｃｍ，＾一Ｆｉｇ．１（ａ）ｆｒｏｎｔ。ｉｅ、Ⅳ（ｂ）ｔｏｐ。ｉ州ｗｉｄ山。。ｍｐ。，。ｂ。ｌｏｉｄ。ｌａ。ｔ。。。。。ｉｔｈｄ。。ｌ－。。Ⅲ。图１宽波束双馈源抛物面天线ｃｍ。ＴＥＭ喇叭馈源采用同轴垂直馈电［５］。ＴＥＭ喇叭天线在主轴上的辐射场为［６］Ｅ（ｒ，￡）＝一．占｛坐釜盟一筹［Ｖ（￡）一Ｖ（￡一２Ｌ／ｃ）］｝４７【，ｒ，ｇＩｕ‘厶上一（１）Ｊ
其中＾一Ｚｆ。甜／Ｚ。，磊一３７６．７２７Ｑ；ｃ为光速；Ｖ（￡）为馈点电压；ｒ为沿主轴的距离；Ｌ与＾分别代表ＴＥＭ喇叭的长度和高度。
为了便于比较，文中还给出了单个ＴＥＭ喇叭馈源在焦点处照射普通抛物面天线的仿真结果。其结构尺寸如图２所示，普通抛物面的焦距，＝１５０ｃｍ，口面半径Ｒ＝１８０ｃｍ，焦径比∥２Ｒ—ｏ．４１７。
为了计算天线的辐射远场波形，首先建立了远区电场观察模型，如图３所示。在距离天线口径面６６４ｃｍ－收稿日期：２００７—０６—１３｝修订日期：２００７—１１—２２
基金项目：国家自然科学基金资助课题（６０５０１００４）
作者简介：吴辉（１９８２一），男，浙江人，硕士，现从事高功率超宽带天线及其阵列研究工作；ｗｕｈｕｉ．ｘｊｔｕ＠ｓｔｕ．ｘｊｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ。
第１２期吴辉等：宽波束双馈源超宽带抛物面天线设计与仿真
Ｆｉｇ．５Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｐｅａｋｐｏｗｅｒｃｈａｎｇｉｎｇｗｉｔｈｔｈｅａｎｇｌｅａｎｄｔｈｅ１ｅｎｇｔｈ
图５峰值功率随着馈源与天线主轴的夹角以及连接板的长度变化
２双馈源之间的互耦
ＴＥＭ喇叭馈源之间的互耦对于阵列的辐射特性
有一定影响［７］，所以双馈源之间的互耦是必须考虑的
问题，图６是仿真得到的双馈源焦距内口一２５。馈电时
Ｓ。。曲线（即双馈源间的互耦曲线）。由图６可见，采用
焦距内双馈源馈电时Ｓ：。很小，基本保持在一２０ｄＢ以胁八√八／＾＿、／＼＼ｎｆＶｐ＼厂、，、厂、，Ｖｉ
ＴＶＶ‘
下，说明两ＴＥＭ喇叭馈源间的互耦影响相对较小，对
阵列的辐射特性不会产生明显的影响，所以这样组阵
是可行的。ｆｒｃｑｕｅｎｃｙ／ＧＨ２
Ｆｉｇ．６Ⅸｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｌｉｎｅｏｆｔｈｅｍｕｔｕａｌ
ｔｗｏｓｏｕｒｃｅｓｃｏｕｐｌｉｎｇｂｅｔｗｅｅｎ
３抛物面边缘切割对天线性能的影响
在实际工程中，在不降低天线性能的情况下，抛物图６双馈源焦距内馈电时互耦曲线
面的面积越小越好，抛物面的边缘最好为直线，这样便于加工、运输与安装。如图７所示，双馈源的摆放位置仍然在焦点Ｆ，和Ｆ２处，馈源轴线与天线主轴的夹角口一５０。，进行边缘切割的抛物面仍然采用如图１所示的中间连接平板长度Ｌ＝２０ｃｍ的抛物面。把抛物面的两边均切割掉Ｓ，把抛物面的顶部切割掉ｕ，观察ｒＥ。值分布随着切割深度Ｓ与Ｕ的改变而变化的规律。
图８为抛物面边缘切割后的峰值功率分布图。从中可以看出，对抛物面两边的切割（切割深度ｓ在３０ｃｍ之内）并不会明显地改变“０值的分布，峰值波束宽度不会明显变窄，但是对抛物面顶部的切割却会对ｒＥ，。值的分布产生较大的影响，会使峰值波束宽度明显变窄。所以，本文设计采用两边边缘切割的抛物面天线，以减小抛物面的面积，如图９所示，切割深度Ｓ＝３０ｃｍ，抛物面中间连接平板的长度Ｌ＝２０ｃｍ，馈源轴线与天线主轴的夹角口＝５０。，其ｒｋ值的分布如图８中Ｓ一３０ｃｍ，【，＝ｏ曲线所示。
Ｆｉｇ．７Ｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｅｄｇｅ—ｃｕｔｐａｒａｂｏｌｏｉｄ
ｐ，（。）
Ｅｆｆｅｃｔｏｆｅｄｇｅ－ｃｕｔｔｉｎｇｔｈｅｐｅａｋｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ
图７对抛物面进行边缘切割的模型图Ｆｉｇ．８ｏｎｐｏｗｅｒ
图８边缘切割对峰值功率分布的影响
２０６８强激光与粒子柬第１９卷４结论
本文设计了一种新型的宽波束双馈源超宽带抛物面
天线。通过上述仿真分析可以看出，通过改变馈源轴线
与天线主轴的夹角以及抛物面中间连接平板的长度均可
以有效地拓展波束宽度，当馈源轴线与天线主轴的夹角
为５ｄ。、抛物面中间连接平板长度为２０ｃｍ时，可以在满
足峰值功率不降低的前提下展宽波束宽度１０７．４％；双馈
Ｆｉｇ．９Ｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｅｄｇｅ－ｃｕｔｐａｆａｂｏｌｏｉｄａｌａｎｔｅｎｎａ
源之间的耦合系数保持在一２０ｄＢ以下，说明双馈源间的图９两边边缘切割的抛物面天线
互耦影响相对较小，可用于组阵；本设计还将抛物面的两
边边缘均切割掉了３０ｃｍ，既节省了空间，便于加工、运输和安装，又不会对天线的辐射性能产生太大的影响。参考文献：
［１］ＢａｕｍＣＥ．Ｕｌｔｒａ＿ｗｉｄｅｂａｎｄ／ｓｈｏｒｔ—ｐｕｌｓｅｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｓ［Ｍ］．ＮｅｗＹｏｒｋ；Ｐ１ｅｎｕｍＰｒｅｓｓ，１９９７．
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宽波束双馈源超宽带抛物面天线设计与仿真
作者：
作者单位：
刊名：
英文刊名：
年，卷(期)：
被引用次数：吴辉， 张安学， 郭晨， 蒋延生， WU Hui， ZHANG An-xue， GUO Chen， JIANG Yan-sheng 西安交通大学,微波与光通信研究所,西安,710049强激光与粒子束HIGH POWER LASER AND PARTICLE BEAMS2007，19(12)0次
参考文献(7条)
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