超高性能微波天線饋源系統(tǒng)的設(shè)計

圖 2　C波段正交器

　　對微波元件來說，通過求解Maxwell方程這一古典的方法來獲得其特性是困難的。由于高速度大容量計算機的出現(xiàn)。促進了各種數(shù)值分析方法的發(fā)展。在電磁場問題的數(shù)值計算領(lǐng)域出現(xiàn)了多種方法，如有限時域差分法(FDTD)，模匹配法(MMT)，傳輸線矩陣法(TLM)和有限元法(FEM)等。這些方法對處理各類電磁場問題是部分有效的，但都有所限制。相對而言，有限元法應(yīng)用比較成熟，可以處理較多類型的電磁場問題，當(dāng)然對計算機資源的要求也更高?；谟邢拊ǖ母哳l結(jié)構(gòu)仿真軟件HPHFSS為解決微波元件的分析方法提供了一種有效的手段。
　　利用軟件優(yōu)化設(shè)計過程實際上是一個加工調(diào)試的仿真過程，可以把過去用實驗方法確定的尺寸用計算機分析得到。側(cè)臂優(yōu)化的計算量大，由于側(cè)臂尺寸對直通口性能影響較小而且側(cè)臂匹配的難度較大，對直通口的匹配影響可以選擇特定的元件來達到減小的目的。優(yōu)化側(cè)臂的模型可利用其對稱性來減少計算量，彎波導(dǎo)優(yōu)化后的駐波優(yōu)于1.02。扭波導(dǎo)優(yōu)化后的駐波優(yōu)于1.04。
　　微波元件性能的穩(wěn)定性是設(shè)計的另一個重要目標(biāo)之一。通常情況下，對于非諧振結(jié)構(gòu)微波元件來說，尺寸對性能影響是平緩的(非激烈變化的)，利用微擾結(jié)構(gòu)尺寸的方法可達到檢驗計算結(jié)果，確定制造公差的目的。特別是對性能影響很大的尺寸公差的確定是很有必要的，可為合理分配公差，降低制造成本提供科學(xué)依據(jù)。
　　3.饋源系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計方法
　　饋源系統(tǒng)的性能優(yōu)化是一個十分復(fù)雜的問題，各部分的尺寸變化都會影響性能。由于受計算機資源的限制，對整個饋源系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計是困難的，采用對各微波元件進行優(yōu)化設(shè)計后，再對各微波元件的連接關(guān)系(接口位置)進行優(yōu)選，可以得到較好的系統(tǒng)性能。例如，喇叭的最大的回波損耗為-34dB,正交器的最大回波損耗為-32dB,通過優(yōu)選喇叭與正交器的連接尺寸后，正交器加喇叭合成后最大回波損耗為-32.5dB。

三、 計算與實測性能

　　喇叭優(yōu)化后的VSWR和方向圖結(jié)果如圖 3所示，方波導(dǎo)正交器優(yōu)化后的VSWR結(jié)果如圖 4所示，對正交器中的主要結(jié)構(gòu)尺寸加微擾(尺寸加公差)后計算的VSWR如圖 5所示。從仿真結(jié)果來看，正交器中的主要結(jié)構(gòu)尺寸的公差要求在+0.2%～+0.4%是適當(dāng)?shù)?。整個饋源系統(tǒng)的VSWR結(jié)果如圖 6所示，它的交叉極化鑒別率如圖 7所示。

圖 3　喇叭優(yōu)化后的VSWR和方向圖

圖 4　方波導(dǎo)正交器優(yōu)化后的VSWR