[发明专利]一种超宽带多模喇叭及设计方法

权利要求书

1.一种超宽带多模喇叭，其特征在于，包括输入圆波导，喇叭输入波导口径与喇叭输出口径间的不连续结构，以及向空间辐射的直波导部分；

所述输入圆波导是一段自由长度的直波导，根据超宽带多模喇叭所需频带及传输模式确定输入口径；

所述不连续结构由225个圆波导台阶组成，相邻台阶间口径相差2mm，利用台阶的不连续性，能够产成不同的传输模式；

所述向空间辐射的直波导部分是一段自由长度的直波导，根据照射电平要求选择输出口径；

所述超宽带多模喇叭通过以下步骤设计得到：

步骤1：根据照射电平的要求，确定输出口径的范围，并在范围内任取一值，建立向空间辐射的直波导部分的仿真模型，并得到直波导与自由空间不连续处的广义散射矩阵；同时根据超宽带多模喇叭的设计频带及传输模式确定输入口径；

步骤2：将选取的输出口径与确定的输入口径之间用225个台阶划分，并选择固定的台阶口径差值，用模式匹配法计算得到每个台阶不连续处的广义散射矩阵；

步骤3：根据步骤1得到的直波导与自由空间不连续处的广义散射矩阵和步骤2得到的每个台阶不连续处的广义散射矩阵，以回波损耗、方向图等化、低交叉极化为目标构建目标函数，对台阶长度进行优化，得到满足要求的225个台阶长度，确定超宽带多模喇叭的最终全部尺寸。

2.一种超宽带多模喇叭，其特征在于，包括输入圆波导，喇叭输入波导口径与喇叭输出口径间的不连续结构，以及向空间辐射的直波导部分；

所述输入圆波导是一段自由长度的直波导，根据超宽带多模喇叭所需频带及传输模式确定输入口径；

所述不连续结构由225个圆波导台阶组成，相邻台阶间口径相差2mm，利用台阶的不连续性，能够产成不同的传输模式；

所述向空间辐射的直波导部分是一段自由长度的直波导，根据照射电平要求选择输出口径；

所述超宽带多模喇叭通过以下步骤设计得到：

步骤1：根据照射电平的要求，确定输出口径范围，并在此范围内按照设定步长进行划分，得到若干输出口径值，取其中一个输出口径值，按照该口径值建立向空间辐射的直波导部分的仿真模型，并得到直波导与自由空间不连续处的广义散射矩阵；同时根据超宽带多模喇叭的设计频带和传输模式确定输入口径；

步骤2：根据确定的输入口径和选取的输出口径，计算两者的口径差；并根据预先设定的相邻台阶口径差初始值，将输入口径和输出口径的口径差用若干个台阶划分，再采用模式匹配法计算得到每个台阶不连续处的广义散射矩阵；

步骤3：根据步骤1得到的直波导与自由空间不连续处的广义散射矩阵和步骤2得到的每个台阶不连续处的广义散射矩阵，以回波损耗、方向图等化、低交叉极化为目标构建目标函数，以相邻台阶口径差为优化变量，以输入口径与输出口径的口径差为台阶口径差的整数倍为边界条件，通过优化算法寻找目标函数的最小值，对相邻台阶口径差进行优化；

步骤4：在输出口径范围中重新选取输出口径值，重复步骤1～步骤3，得到每个输出口径值对应的最优目标函数值，取所有最优目标函数值中的最小值所对应的输出口径值为最终确定的输出口径，并得到对应的相邻台阶口径差；

步骤5：根据步骤4得到的输出口径，以及对应的相邻台阶口径差，以每个台阶的轴向长度为优化变量，以超宽带多模喇叭的设计轴向长度为边界条件，以回波损耗、方向图等化、低交叉极化为目标构建目标函数，通过优化算法寻找目标函数的最小值，对台阶长度进行优化，从而确定超宽带多模喇叭的最终全部尺寸。