[发明专利]一种超宽带多模喇叭及设计方法

说明书

本发明提出一种超宽带多模喇叭及设计方法，喇叭包括输入圆波导，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；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；不连续结构由若干个圆波导台阶组成，利用台阶的不连续性，能够产成不同的传输模式；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。本发明从圆波导阶梯不连续入手，应用模式匹配法结合优化算法及仿真过程，利用不连续产生的高次模，使喇叭口在超宽频带内产生合适的模比，从而使方向图在超宽频带内实现良好等化，同时喇叭输入口有较小的反射系数。

技术领域

本发明涉及电磁场与微波技术领域，特别是涉及一种超宽带多模喇叭及设计方法。

背景技术

现代测控通信、天文观测以及遥感等行业对微波天线提出了越来越宽的工作频带要求，尤其射电天文观测天线，采用宽频带馈源设计可以使系统设计更加紧凑，馈源数量和后端的设备大为减少。现有的常规多模喇叭以及波纹喇叭，在宽频带内方向图等化性能及交叉极化性能并不理想。

发明内容

为了解决现有喇叭在宽频带内方向图不等化及交叉极化性能不理想的问题，本发明提出一种超宽带多模喇叭及设计方法，从圆波导阶梯不连续入手，应用模式匹配法结合优化算法及仿真过程，利用不连续产生的高次模，使喇叭口在超宽频带内产生合适的模比，从而使方向图在超宽频带内实现良好等化，同时喇叭输入口有较小的反射系数。

本发明的技术方案为：

所述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；

所述不连续结构由若干个圆波导台阶组成，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。

进一步的优选方案，所述一种超宽带多模喇叭，其特征在于，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。

一种超宽带多模喇叭的设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

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。

一种超宽带多模喇叭的设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

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；