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一种K频段宽带双极化滤波喇叭天线设计

方超 梁仙灵 刘一帆 耿军平 金荣洪 汪伟

方超,梁仙灵,刘一帆,等. 一种K频段宽带双极化滤波喇叭天线设计[J]. 电波科学学报,2022,37(2):296-303. DOI: 10.12265/j.cjors.2021031
引用本文: 方超,梁仙灵,刘一帆,等. 一种K频段宽带双极化滤波喇叭天线设计[J]. 电波科学学报,2022,37(2):296-303. DOI: 10.12265/j.cjors.2021031
FANG C, LIANG X L, LIU Y F, et al. Design of a K-band broadband dual-polarized filtering horn antenna[J]. Chinese journal of radio science,2022,37(2):296-303. (in Chinese). DOI: 10.12265/j.cjors.2021031
Citation: FANG C, LIANG X L, LIU Y F, et al. Design of a K-band broadband dual-polarized filtering horn antenna[J]. Chinese journal of radio science,2022,37(2):296-303. (in Chinese). DOI: 10.12265/j.cjors.2021031

一种K频段宽带双极化滤波喇叭天线设计

doi: 10.12265/j.cjors.2021031
基金项目: 国家自然科学基金(61801447)
详细信息
    作者简介:

    方超:(1997—),男,江西人,硕士研究生,主要研究方向为滤波天线和超宽带天线等

    梁仙灵:(1978—),男,浙江人,教授,博士生导师,IEEE 高级会员,主要研究方向为抗干扰/多极化/宽带波导缝隙阵列天线、可重构多波束射频网络、多模态涡旋电磁波天线、高效率时间调制阵列天线等

    刘一帆:(1996—),男,山西人,硕士研究生,主要研究方向为波导缝隙天线等

    耿军平:(1972—),男,陕西人,副教授,主要研究方向为电磁场理论、电磁计算方法、现代天线技术和信号处理等

    金荣洪:(1963—),男,江苏人,教授、博士生导师,IEEE Fellow,主要研究方向为电磁场理论、现代天线技术、电磁计算方法、天线信号处理、智能天线及相控阵天线等

    汪伟:(1969—),男,华东电子工程研究所研究员,博士,中国电子学会高级会员,研究方向为雷达相控阵天线和微波毫米波系统

    通讯作者:

    梁仙灵 E-mail:liangxl@sjtu.edu.cn

  • 中图分类号: TN82,TN92

Design of a K-band broadband dual-polarized filtering horn antenna

  • 摘要: 文中设计了一种K频段宽带双极化滤波喇叭天线,该天线采用阶梯型喇叭代替传统喇叭提升了天线效率,并通过在馈电波导冗余空间中引入一种T/Π型滤波结构,提升了天线带外的抗干扰能力. 仿真和实验结果表明,该双极化天线的−10 dB阻抗带宽超过5 GHz,覆盖了K/Ka频段卫星的下行频段,天线效率超过58%,并在其上行频段实现了超过33.1 dB的带外抑制,该天线可作为单元用于K/Ka频段卫星下行频段的大型阵列天线设计.
  • 图  1  天线结构图

    Fig.  1  Structure of the proposed antenna

    图  2  阶梯型喇叭层数对阻抗带宽及反射系数的影响

    Fig.  2  Affection of stepped horn layers on impedance bandwidth and reflection coefficient

    图  3  阶梯型喇叭层数对方向性系数的影响

    Fig.  3  Affection of stepped horn layers on directivity

    图  4  不同喇叭天线的口面电场幅度分布

    Fig.  4  Distribution of the E-field amplitude of different horn antennas

    图  5  “凸”形匹配块取不同值时两个极化端口反射系数随频率的变化

    Fig.  5  Change of reflection coefficient of two polarized ports with frequency when the “convex” matching block takes different values

    图  6  T/Π型滤波结构色散图

    Fig.  6  Dispersion diagram of T/Π filtering structure

    图  7  通、阻带分布随不同参数的变化

    Fig.  7  Distribution of pass and stop bands varies with different parameters

    图  8  通带和阻带中心频点处的增益方向图比较

    Fig.  8  Comparison of gain pattern at the center frequency of passband and stopband

    图  9  测试场景图

    Fig.  9  Test scenario diagram

    图  10  天线S参数的仿真和实测结果

    Fig.  10  Simulated and measured S parameters of the proposed antenna

    图  11  天线方向图仿真与实测对比

    Fig.  11  Comparison of simulated and measured radiation patterns

    图  12  增益和效率频率响应曲线对比

    Fig.  12  Comparison of gain-frequency and gain-efficiency responses

    表  1  双极化天线优化设计后的参数值

    Tab.  1  Values of dual-polarized antenna after optimized design

    mm
    结构参数w1w2w3w4w5
    尺寸25.022.017.715.412.2
    结构参数w6w7w8h1h2
    尺寸9.05.21.35.74.4
    结构参数h3h4h5h6h7
    尺寸4.04.03.012.02.4
    结构参数h8h9h10ab
    尺寸3.42.90.89.01.8
    结构参数tSGD1D2
    尺寸0.54.01.80.60.7
    下载: 导出CSV

    表  2  与已发表文献中相关天线的性能比较

    Tab.  2  Performance comparison of the related antennas in published literatures and the proposed antenna

    文献−10 dB阻抗带宽/GHz口径尺寸(λ02)天线效率/%带外抑制/dB
    [1]28.7~30.30.5×4.029.0-
    [3]19.5~21.51.0×1.020.0-
    29.0~31.01.4×1.413.0
    [6]21.0~25.5Ф2352.6-
    31.5~35.5Ф3354.6
    [7]20.8~21.62.2×2.267.3-
    25.6~26.32.7×2.760.6
    [8]19.7~21.56.4×6.470.0-
    29.0~31.09.6×9.674.0
    [9]27.7~33.11.6×1.678.0-
    [13]31.3~31.71.3×1.322.4≥36.0
    本文18.0~23.01.8×1.858.0≥33.1
    注:λ0为工作中心频率对应的自由空间波长.
    下载: 导出CSV
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    ZHANG H T, WANG W, LIANG X L, et al. Design of a dual circular polarization waveguide antenna array with wide band and low axial ratio[J]. Radar science and technology,2017,15(1):50-54. (in Chinese) DOI: 10.3969/j.issn.1672-2337.2017.01.009
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  • 收稿日期:  2021-02-01
  • 网络出版日期:  2021-07-02

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