一种基于模式匹配法的波纹馈源快速分析方法

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1、V01．20No．3航天器工程第20卷第3期98SPA(：ECRAFTENGINEERING2011年5月一种基于模式匹配法的波纹馈源快速分析方法江涛阎鲁滨(北京空间飞行器总体设计部，北京100094)摘要波纹馈源广泛应用于星载反射面天线系统。文章基于模式匹配法对圆波导阶梯和波纹馈源进行了分析，对波导阶梯的散射参数和波纹馈源的辐射方向图进行了计算，分析波纹馈源时采用光壁波导中的TE和TM模式，并通过分别与AnsoftHFSS仿真结果和试验测试数据比较验证了方法的准确性。采用AnsoftHFSS软件分析某馈源计算时间为120min以上，而采用文章所述方法计算时间仅为8min左右，在计算速度上

2、有较大的优势，可为星载波纹馈源的快速分析设计提供一种有效工具。关键词模式匹配；波导阶梯；波纹馈源；TE模；TM模；仿真；试验中图分类号：V443；TN82文献标志码：A文章编号：1673—8748【2011)03一0098一05AI『缸tAn甜ysisofCorrugatedFeedsBased帅M0d伊matchiIlgMethodJIANGTaoYANLubin(BeijingInstituteofSpacecraftSystemEngineering，Be

3、jing100094，China)Abstract：Corrugatedfeedsarewidelyusedinspacebor

4、nereflectorantennasystem．Circularwaveguidestepandcorrugatedfeedareanalyzedbasedonmode—matchingmethodinthepaper．ScatteringparametersofacertainwaveguidestepandradiationpatternofaknowncorrugatedfeedarecaIculated．TEandTMmodesareusedtoanalyzecorrugatedfeeds．Bycomparingemu—latedresultsusingAnsoftHFSSwit

5、htheexperimentaldata，theaccuracyofmode—n1￡nchingrnethodisvalidated．ItisfoundthatAnsoftHFSStakesrnorethan120rninutestocalculateacertaincorrugatedfeedwhilethemethodbasedonnlode—matchingtakesonly8minutesorso．≤；oithassuperiorityofcalculationspeed，whichcanprovideafastanaIysisanddesignofspacebornecorrug

6、atedfeeds．Keywords：mode-matching；waveguidestep；corrugatedfeed；TEmode；TMmode；simulation；expe“ment1引言反射面天线由馈源和反射面组成。其中，馈源是反射面天线的核心组成部分，往往决定着天线的整体性能。为．r使反射面天线具有更好的性能，就必须要采用高效率的馈源R．E．Lawrie等人‘1—23提出。1966年A．J．Simons和以波纹喇叭作为反射面天线的馈源后，这种馈源以其低旁瓣、辐射场的幅度相位轴对称性及其低交叉极化等优异性能，引起了人们强烈的关注。文献[3]介绍了多波段喇叭馈源在卫星通信、国家安

7、全和射电天文学中的发展，并比较了波纹喇叭、介质加载喇叭、同轴介质加载喇叭等几种多波段馈源，指出波纹馈源以其优良的性能成为了反射面天线馈源的主要形式。当前应用的星载天线中，反射面天线是使用最多的一种天线形式，可作收稿日期：2011一Ol一18；修回日期：2011一03—1l作者简介：江涛(1985一)，男，硕士研究生，从事航天器天线设计研究工作。第3期江涛等：一种基于模式匹配法的波纹馈源快速分析方法99为通信卫星天线，形成区域赋形波束、点波束、多波束及扫描波束；也是航天微波遥感中高度计、散射计和微波辐射计最常用的天线形式[4]。波纹馈源L5喝]以其辐射方向图对称、交义极化低和频带宽等特点，已

8、广泛应用于星载反射面天线。波纹馈源一般由模式变换段和喇叭段组成。在文献[6]中详细介绍了波纹馈源的分析设计方法，但是这套设计理论涉及到大量繁杂的公式推导，过程复杂。目前星载波纹馈源的分析设计主要采用An—softHFss仿真软件。但由于馈源结构复杂，可有十几到几十个波纹槽组成，使用AnsoftHFSS软件建模和仿真占用时间均较长。波纹馈源结构町等效为波导阶梯结构的级联。模式匹配法口鲴是分析波导阶梯最常用的方法，最早是19