矩形斜口面天线辐射性能.pdf

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编号:20181207051645009102    类型:共享资源    大小:100.23KB    格式:PDF    上传时间:2019-02-16
  
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矩形斜口面天线辐射性能 PDF
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收 稿 日 期 : l?9?9?9?-?0?8?-?2?3? 作 者 简 介 : 吕 善 伟 ( l?9?3?7? -? ) , 男 , 辽 宁 大 连 人 , 教 授 , l?0?0?0?8?3?, 北 京 .? 矩 形 斜 口 面 天 线 辐 射 性 能 吕 善 伟 张 江 林 ( 北 京 航 空 航 天 大 学 电 子 工 程 系 ) 摘 要 : 矩 形 斜 口 面 天 线 是 把 矩 形 波 导 管 两 个 窄 边 同 时 渐 削 , 宽 边 尺 寸 保 持 不 变 而 形 成 的 开 口 , 口 面 位 于 无 限 大 完 全 导 电 平 面 上 , 被 矩 形 波 导 中 主 模 H?l?0?模 激 励 .?简 化 分 析 了 口 面 电 场 和 磁 场 分 量 以 及 辐 射 场 表 达 式 , 主 瓣 指 向 偏 离 侧 射 方 向 , 即 方 向 图 主 波 瓣 指 向 偏 离 口 面 法 线 和 激 励 波 导 轴 线 .?计 算 了 主 面 方 向 图 , 给 出 了 天 线 输 入 端 电 压 驻 波 比 ( V?S?W?R?) 随 频 率 的 变 化 曲 线 , 发 现 V?S?W?R? 与 口 面 倾 角 有 关 , 通 过 采 用 不 同 的 倾 角 , 可 使 其 获 得 改 善 .? 关 键 词 : 天 线 ; 天 线 方 向 图 ; 波 导 ; 口 面 天 线 ; 电 压 驻 波 比 中 图 分 类 号 : T?N? 8?2?.?l?+?2?; T?N? 8?2?3?.?2?7? 文 献 标 识 码 : A?文 章 编 号 : l?0?0?l?-?5?9?6?5? ( 2?0?0?0?) 0?6?-?0?6?4?4?-?0?3? 波 导 开 口 和 尺 寸 渐 变 的 喇 叭 天 线 的 应 用 和 研 究 已 有 悠 久 历 史 , 它 们 可 作 为 单 元 天 线 使 用 , 亦 可 作 为 复 合 天 线 的 初 级 馈 源 , 或 作 为 单 元 组 成 阵 列 天 线 .?波 导 终 端 倾 斜 口 面 也 是 一 种 有 用 天 线 , 特 别 适 合 高 速 飞 行 器 使 用 , 不 仅 容 易 共 形 安 装 , 而 且 能 够 倾 斜 , 展 宽 波 束 , 驻 波 比 V?S?W?R? 特 性 可 通 过 对 倾 角 的 调 节 得 到 改 善 .? 本 文 介 绍 矩 形 波 导 终 端 斜 口 面 辐 射 场 近 似 解 , 假 定 口 面 场 是 波 导 中 H?l?0?模 场 的 延 续 , 根 据 等 效 原 理 和 镜 像 法 , 通 过 积 分 导 出 远 区 场 表 达 式 , 并 给 出 方 向 图 计 算 例 子 和 V?S?W?R? 实 测 结 果 .? !?矩 形 斜 口 口 面 场 图 l? 所 示 为 矩 形 波 导 激 励 的 倾 斜 口 面 , a?, 6? 为 波 导 内 径 尺 寸 , a?, B? 为 辐 射 斜 口 面 尺 寸 , 口 面 相 对 波 导 轴 线 倾 角 为 ?.?辐 射 口 面 a? 边 与 波 导 宽 边 a? 相 等 , B? 边 大 于 波 导 窄 边 6?.?取 x?O?z? 用 于 口 面 坐 标 , x?'?O?z?'?用 于 波 导 内 部 坐 标 , 假 定 波 导 中 仅 传 输 H?l?0?主 模 .?波 导 中 H?l?0?模 场 [ l?] : E?y?'?=? E?0?c?O?S?!?x?'? a? e? -? ? ?z?'? ( l?) H?x?'?=? -? E?0? ? I? ?c?O?S? !?x?'? a? e? -? ? ?z?'? ( 2?) H?z?'?=? -? ?E?0? ? 2?a? ?S?i?D? !?x?'? a? e? -? ? ?z?'? ( 3?) 式 中 ?=? ?/? !? ?; ? 为 H?l?0?模 相 位 常 数 ; I?2?=? ?2? ? ?.? 图 l? 波 导 斜 面 上 坐 标 示 意 图 ( B? =? 6? /?c?O?S? ?) 图 2? 为 矩 形 辐 射 口 面 及 相 应 坐 标 .?假 定 口 面 上 的 场 是 由 H?l?0?模 场 激 励 而 形 成 的 , 这 时 由 式 ( l?) ~? ( 3?) 可 以 得 到 斜 口 面 上 切 向 场 为 E?y?=? E?0?c?O?S? ?c?O?S?!?x? a? e? -? ? ?y?S?i?D? ? ( 4?) H?x?=? -? E?0? ? I? ?c?O?S? !?x? a? e? -? ? ?y?S?i?D? ? ( 5?) H?y?=? -? ?E?0? ? 2?a? ?S?i?D? ?S?i?D? !?x? a? e? -? ? ?y?S?i?D? ? ( 6?) 图 2? 辐 射 口 面 及 其 坐 标 2?0?0?0? 年 l?2? 月 第 2?6?卷 第 6?期 北 京 航 空 航 天 大 学 学 报 J?O?u?r?D?a?1? O?f? B?e?i? ?i?D?g? U?D?i?V?e?r?S?i?t?y? O?f? A?e?r?O?D?a?u?t?i?c?S? a?D?c? A?S?t?r?O?D?a?u?t?i?c?S? D?e?c?e?m?b?e?r?2?0?0?0? V?O?1?.?2?6?N?O?.?6? !?斜 口 口 面 辐 射 场 已 知 口 面 场 式 ( 4?) ~? ( 6?) 及 结 构 特 点 可 以 采 用 不 同 方 法 求 出 远 区 场 .?C?O?1?1?i?D? 书 中 介 绍 的 由 口 面 场 傅 里 叶 变 换 经 复 杂 运 算 得 到 的 渐 近 解 , 也 可 以 由 口 面 等 效 磁 流 或 等 效 电 流 求 得 相 应 的 矢 量 位 , 最 后 获 得 辐 射 场 [ 2?] .? 考 虑 到 口 面 切 向 磁 场 有 H?x?和 H?y?两 个 分 量 , 电 场 只 有 E?y?一 个 分 量 , 利 用 等 效 磁 流 与 镜 像 原 理 求 电 矢 量 位 , 再 获 得 辐 射 场 的 过 程 比 较 简 便 .?电 矢 量 位 为 F? ( r?) =? -?E?e?-? ?I?r? 2?!?r? e?z?X?!?E?y?( x?, y?) · e? ?I?e?r? ( e?x?x?+? e?y?y?) c?x?c?y? =? -?E?e?-? ?I?r? 2?!?r? e?z? X? f? y? ( I?x?, I?y?) ( 7?) 式 ( 7?) 中 f?y?( I?x?, I?y?) =? e?y? !? E?y?( x?, y?) e? ?I?x?y?+? ?I?y?y?c?x?c?y? ( 7?a?) I?x?=? I?S?i?D? ?c?O?S?? I?y?=? I?S?i?D? ?S?i?D? } ? ( 7?6?) 将 式 ( 4?) 代 入 式 ( 7?) 得 f?y?=?“? a? /?2? -? a? /?2?“? B? /?2? -? B? /?2? E?0?c?O?S?O?c?O?S?!?x? a? · e? -? ? g?y?S?i?D?O?+? ?I?x?x?+? ?I?y?y?c?x?c?y? =? -? 2? !?a?6?E?0? c?O?S? I?x?a? 2? ( I?x?a?) 2? -?!? 2? · S?[ a? 6? 2?c?O?S?O? ( I?y?-?g?S?i?D?O?]) ( 8?) 式 中 B? =? 6? c?O?S?O?; S?a?[ · ] 为 抽 样 函 数 .?于 是 由 E? =? -? l? E?#? X? F? ( r?) 可 得 到 辐 射 场 : E? ( ?, ?) =? ?I?e?-? ?I?r? 2?!?r? ( e? ?S?i?D??+? e? ?c?O?S??c?O?S? ?) f?y?( 9?) 省 略 ?e?X?p? ( -? ?I?r?) /? ( 2?!?r?) 因 子 , 由 式 ( 9?) 得 知 x?O?z? 面 和 y?O?z? 面 远 区 场 函 数 E? ? 和 E? ?分 别 为 E? ? ( ?, ? =? 0?) =? E?0?I?!?a?6? 2? c?O?S? ?c?O?S? I?a? 2? S?i?D?() ? !? () 2? 2? -? I?a?S?i?D? ? () 2? 2? · S?a? g?6? 2? t?a?D?[] O? ( l?0?) E? ? ?, ? =? !? () 2? =? 2?a?6?I?E?0? !? · S?[ a? I?6? 2?c?O?S?O? S?i?D? ?-?g? I? S?i?D?()] O? ( l?l?) 由 式 ( l?l?) 可 求 出 最 大 辐 射 指 向 , 即 最 大 指 向 角 ( 以 z? 轴 算 起 ) 发 生 在 ?m?=? a?I?c?S?i?D? g? I? S?i?D?() O?=? a?I?c?S?i?D? A? A?g? S?i?D? ()O?( l?l?a?) ?=? ?m?时 对 应 最 大 值 E? ?=? E? ?m?a?X?为 E? ? ?m?, !? () 2? =? 2?a?6?I?E?0? !? ( l?l?6?) 表 l? 列 出 了 由 式 ( l?l?a?) 计 算 的 ?m?随 O?变 化 的 例 子 .? 表 “? !?#?与 “?的 关 系 O? /? ( ?) 0?l?0?2?0?3?0?4?5? ?m? /? ( ?) 0?7?.?l?l?4?.?l?2?0?.?9?3?0?.?3? 注 : a? =? 2?2?.?8?6?m?m?, 6? =? l?0?.?l?6?m?m?, f? =? 9?.?3?7?5?G?H?Z?.? 式 ( l?l?) 、 式 ( l?l?a?) 及 表 l? 表 明 倾 斜 口 面 辐 射 场 最 大 值 偏 离 波 导 轴 线 , 实 验 也 证 实 这 一 点 .? 对 于 O?=? 0?, 式 ( 9?) 、 ( l?0?) 、 ( l?l?) 蜕 变 成 同 文 献 [ 2?] 一 致 的 结 果 , 这 时 E? ? ( ?, ? =? 0?) =? E?0?I?!?a?6? 2? c?O?S? ?c?O?S? I?a? 2? S?i?D?() ? !? () 2? 2? -? I?a?S?i?D? ? () 2? 2? ( l?2?a?) E? ? ?, ? =? !? () 2? =? 2?E?0?I?a?6? !? S?[ a? I?6? 2? S?i?D? ] ? ( l?2?6?) 图 3? 口 面 辐 射 方 向 图 计 算 $?数 值 计 算 实 例 根 据 介 绍 过 的 公 式 , 对 O?=? 0? ?, O?=? 3?0? ?, O?=? 4?5? ? 3? 种 波 导 口 方 向 图 进 行 了 计 算 , 激 励 波 导 尺 寸 a? X? 6? =? 2?2?.?8?6?m?m? X? l?0?.?l?6? m?m?, 壁 厚 t? =? l? m?m?, 工 作 频 率 f? =? 9?.?3?7?5? G?H?Z?.?计 算 的 方 向 图 绘 于 图 3? ( 对 最 5?4?6? 第 6? 期 吕 善 伟 等 : 矩 形 斜 口 面 天 线 辐 射 性 能 大 归 一 , d?B?) !? 通 过 实 验 观 察 了 方 向 图 , 波 束 走 势 和 波 束 偏 角 与 计 算 相 吻 合 , 但 存 在 明 显 的 波 动 现 象 , 这 是 因 为 被 测 口 面 没 有 置 于 无 限 大 金 属 平 面 上 , 在 计 算 中 没 有 考 虑 到 边 缘 绕 射 , 口 面 场 也 不 是 完 全 精 确 造 成 的 !?天 线 输 入 端 V?S?W?R? 如 图 4? 所 示 !? 图 4? 天 线 输 入 端 V?S?W?R? 测 试 曲 线 !?结 论 由 本 文 导 出 的 近 似 公 式 和 计 算 例 子 看 出 , 在 “?l?O?模 激 励 的 条 件 下 矩 形 倾 斜 口 面 方 向 图 偏 离 激 励 波 导 轴 线 , 且 随 偏 角 波 束 不 对 称 , 与 物 理 判 断 相 符 合 !? 由 图 4? 可 看 出 !?能 够 调 节 或 改 善 输 入 端 V?S?W?R?性 能 !? 例 如 给 出 的 例 子 在 #? =? 9?!? O? ~? l?O?!? O? G?~?z? 频 段 内 , 大 体 上 V?S?W?R?!?3?!?!?=? O? ?时 , #?“?9?!?5?5? G?~?z? 附 近 V?S?W?R? 最 大 , V?S?W?R?“?2?!? 8? 左 右 ; !?=? 3?O? ? 时 , V?S?W?R? 最 大 值 出 现 于 频 段 两 端 , V?S?W?R?“?2?!?5?5?; !?=? 4?5? ?时 在 整 个 频 段 内 V?S?W?R?!?2?!?3?!? 关 于 计 入 边 缘 效 应 的 方 向 图 , 以 及 后 向 辐 射 或 绕 射 问 题 , 可 以 利 用 几 何 绕 射 理 论 和 等 效 电 磁 流 法 计 算 , 问 题 比 较 复 杂 , 将 另 文 介 绍 !? 参 考 文 献 [ l?] 吕 善 伟 .? 微 波 工 程 基 础 [ M?] .? 北 京 : 北 京 航 空 航 天 大 学 出 版 社 , l?9?9?5?.? [ 2?] 柯 林 R? E? [ 美 ] 著 .? 天 线 与 无 线 电 波 传 播 [ M?] .? 王 百 锁 译 .? 大 连 : 大 连 海 运 学 院 出 版 社 , l?9?8?8?.? R?a?d?i?a?t?i?O?n? P?e?r?f?O?r?m?a?n?c?e?S? O?f? a? I?n?c?I?i?n?e? R?e?c?t?a?n?g?u?I?a?r? A?p?e?r?t?u?r?e? A?n?t?e?n?n?a? L? ? S?h?a?n?-?w?e?i?Z?~?A?N?G? J?i?a?n?g?-?l?i?n? ( B?e?i?j?i?n?g? U?n?i?V?e?r?S?i?t?y? O?f? A?e?r?O?n?a?u?t?i?c?S? a?n?d? A?S?t?r?O?n?a?u?t?i?c?S?, D?e?p?t?.? O?f? E?l?e?c?t?r?O?n?i?c? E?n?g?i?n?e?e?r?i?n?g?) A?b?S?t?r?a?c?t?: T?h?e? i?n?c?l?i?n?e? r?e?c?t?a?n?g?u?l?a?r? a?p?e?r?t?u?r?e? a?n?t?e?n?n?a? i?S? O?n?e? w?h?O?S?e? O?p?e?n?i?n?g? i?S? t?a?p?e?r?e?d? O?n?l?y? O?n? b?O?t?h? n?a?r?r?O?w? S?i?d?e?S? O?f? a? r?e?c?t?a?n?g?u?l?a?r? w?a?V?e?g?u?i?d?e?, p?l?a?c?e?d? O?n? a? p?e?r?f?e?c?t?l?y? i?n?f?i?n?i?t?e? c?O?n?d?u?c?t?i?n?g? p?l?a?n?e?, e?X?c?i?t?e?d? b?y? t?h?e? d?O?m?i?n?a?n?t? “?l?O?m?O?d?e? i?n? t?h?e? r?e?c?t?a?n?g?u?l?a?r? w?a?V?e?g?u?i?d?e?.? T?h?e? e?l?e?c?t?r?i?c? a?n?d? m?a?g?n?e?t?i?c? f?i?e?l?d? c?O?m?p?O?n?e?n?t?S? O?V?e?r? t?h?e? a?p?e?r?t?u?r?e? a?n?d? r?a?d?i?a?t?e?d? f?i?e?l?d? f?O?r?m?u?l?a? a?r?e? S?i?m?p?l?y? a?n?a?l?y?z?e?d?.? T?h?e? m?a?i?n? b?e?a?m? p?O?i?n?t?i?n?g? l?i?e?S? O?f?f? b?r?O?a?d?S?i?d?e?, n?a?m?e?l?y? t?h?e? m?a?j?O?r? l?O?b?e? p?O?i?n?t?i?n?g? d?e?V?i?a?t?e?S? f?r?O?m? t?h?e? p?e?r?p?e?n?d?i?c?u?l?a?r? O?f? t?h?e? a?p?e?r?t?u?r?e? a?n?d? t?h?e? a?X?i?S? O?f? t?h?e? e?X?c?i?t?e?d? w?a?V?e?g?u?i?d?e?.? T?h?e? p?r?i?n?c?i?p?a?l? p?l?a?n?e? p?a?t?t?e?r?n?S? h?a?V?e? b?e?e?n? c?a?l?c?u?l?a?t?-? e?d? a?n?d? t?h?e? i?n?p?u?t? V?O?l?t?a?g?e? S?t?a?n?d?i?n?g? w?a?V?e? r?a?t?i?O?( V?S?W?R?) V?e?r?S?u?S? m?e?a?S?u?r?e?d? f?r?e?g?u?e?n?c?i?e?S? i?S? g?i?V?e?n?.? l?t? i?S? f?O?u?n?d? t?h?a?t? t?h?e? V?S?W?R? i?S? r?e?l?a?t?e?d? t?O? t?h?e? i?n?c?l?i?n?e? a?n?g?l?e? O?f? t?h?e? a?p?e?r?t?u?r?e?, a?n?d? c?a?n? b?e? i?m?p?r?O?V?e?d? u?S?i?n?g? d?i?f?f?e?r?e?n?t? i?n?c?l?i?n?e? a?n?g?l?e?S?.? K?e?y? w?O?r?d?S?: a?n?t?e?n?n?a?S?; a?n?t?e?n?n?a? d?i?r?e?c?t?i?O?n?a?l? p?a?t?t?e?r?n?S?; w?a?V?e?g?u?i?d?e?; a?p?e?r?t?u?r?e? a?n?t?e?n?n?a?S?; V?O?l?t?a?g?e? S?t?a?n?d?i?n?g? w?a?V?e? r?a?-? t?i?O? 6?4?6? 北 京 航 空 航 天 大 学 学 报 2?O?O?O? 年
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