低频补偿超宽带TEM喇叭天线的研究与设计.pdf

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1、第14卷第8期2014年3月科学技术与工程Vo1．14No．8Mar．20141671—1815(2014)08—0186—04ScienceTechnologyandEngineering⑥2014Sci．Tech．Engrg．低频补偿超宽带TEM喇叭天线的研究与设计特尼格尔张宁邱景辉(哈尔滨工业大学电子与信息工程学院，哈尔滨150001)摘要设计和仿真了一种组合式的超宽带TEM喇叭天线。通过采用指数渐变的TEM喇叭天线与矩形框的组合形式，扩展了天线的低频截止频率。同时，为了提高高频端天线的增益，对天线口面做圆弧过渡。使用电磁仿真软件CSTMicrowaveStu—dio。进行建模与仿真分

2、析。根据仿真结果制作了天线，在微波暗室内进行测试。结果表明，天线在0．78～20GHz的频带内反射损耗小于2．5，比带宽达到了25．6：1，在整个工作频段内平均增益为10dBi，达到了预期的设计目的。关键词超宽带TEM喇叭天线阻抗匹配中图法分类号TN822．8；文献标志码A近年来，由于宽带天线在宽带通信，目标探测识的方程如下：别和电磁兼容测试系统中的广泛利用，逐渐引起众Y=(s／2)e；0≤≤L(1)多研究者的极大兴趣。同时，利用宽带天线替代标式(1)中P=(1／L)In(h／s)，为指数线变化率，单位准天线在暗室中的测试，可减少在测试中更换不同为Bin～。频带标准天线的工作量。双脊喇叭天线

3、，TEM喇叭天线，Vivaldi天线是常用的宽带天线形式，并广泛地利用在上述应用中。传统的TEM喇叭天线由于具有类似平板电容器的结构特性，所以在低频端具有较大的容性电抗，这种电抗会储存较多的电磁能，不利于提高天线的辐射效率并且会影响天线的阻抗匹配。为了使天线(a)侧视图fb)立体图在低频端的阻抗能够更好地匹配，提高天线的辐射效率，可以采用加载感性电抗结构的方法，典型的结图1指数渐变TEM喇叭天线结构图构就是环状导体。在本文中，介绍了一种TEM图1为指数渐变TEM喇叭天线的结构图。这喇叭天线和矩形框组合形式，可降低天线的低频截里选取天线的长L=100Bin，导体片窄边宽W：7止频率。同时TEM

4、喇叭天线张角末端采用弧形结inn，宽边宽埘=50inm，馈电间距s=2min，口面导构，提高了天线在高频端的增益。体片间距h=80mm。由上述尺寸即可求得P=0．0369。对其进行仿真得到如图4所示的VSWR1天线的设计与仿真曲线(图中点划线所示)，可以看到，天线在1．1天线结构VSWR≤2的阻抗带宽可达到2～20GHz。TEM喇叭天线在两导体之间辐射准TEM波，为了降低天线在低频端容性电抗对天线匹配特它的阻抗特性是随着两导体之间的距离和宽度的变性的影响，本文采取了一种矩形框的结构对指数渐化而变化的。为了获得较为平缓的阻抗过渡，本文变的TEM喇叭天线进行加载。如图2所示，矩形框选取了两导体片

5、之间的距离呈现指数的渐变过程，上板与下板分别连接在指数渐变导体片的张角末导体片的横向呈现线性的渐变过程。指数渐变曲线端，并对馈电结构稍作修改，将同轴线的外导体连接在矩形框的背板，同轴线的内导体通过矩形框背板2013年1O月21日收到，1O月30日修改连接到指数渐变上导体片，同时指数渐变的下导体第一作者简介：特尼格尔(1983一)，蒙古族，内蒙古人，博士研究生，片与矩形框的背板相连。在低频端，喇叭的上下导研究方向：超宽带天线等。E—mail：tnge1983@sina．com。体板与环形结构一起构成了一个等效的磁偶极子，l88科学技术与工程14卷2实验结果分析对圆弧和匹配条加载的低频补偿指数渐

6、变TEM喇叭天线进行实物加工(如图7)，并对实物进行了测量。图7天线实物图图8为天线仿真与实测的VSWR曲线，可以看到，天线仿真的VSWR曲线在0．78—20GHz的频带内都是小于2的，在实际加工过程中，由于加工的误差以及SMA馈线接头焊点的不确定性导致天线在高频端的VSWR有所变大，但也保持在小于2．5的水平以下。：j二二i：jll⋯¨¨土一Jj萄仿真TH}：：丰二二=u一—F丰二，卜二二薹3}二0j二二：f二一善三两[l△=I=，1二一一下～』1———’一‘_一-：：筻1⋯、‘’，、：7顿ag／GHz图8天线实物图图9给出了天线的仿真与实测的E面和H面的辐射方向图。图中虚线为仿真辐射方向

7、图，实线为实测辐射方向图。可以看到仿真与实测基本吻合，天线具有良好的定向性，并且方向图稳定，带内为出现方向图分裂的现象。图10给出了天线的仿真与实测的增益曲线比(e)20GHz较，从图上可以看到，仿真与实测基本吻合，天线增E面H面益从0．78GHz时的2dBi逐渐上升到5GHz时的图9归一化天线辐射方向图(仿真⋯，实测一)11dBi，然后在5～16GHz的频带内趋于稳定，在11喇叭天线，通过对传统的指数渐变T