一种太赫兹波段的高斯波束光壁接收天线及其设计方法技术

本发明专利技术涉及天线技术领域，公开了一种太赫兹波段的高斯波束光壁接收天线及其设计方法，包括沿接收信号传输方向依次设置的接收段、喇叭段以及输入段，所述接收段用于接收天线信号，所述输入段与所述喇叭段之间设有内部轮廓曲线采用高斯轮廓曲线函数设计的过渡段，通过所述过渡段使得所述输入段与喇叭段的连接呈光滑曲线。本发明专利技术通过在输入段和喇叭段中间添加高斯曲线轮廓的过渡段减小能量反射，降低反射系数与驻波比；与传统Pickett Potter天线相比，本天线从接收的角度出发，保证了天线的低副瓣电平和低交叉极化且消除了输入段与喇叭段之间的半径突变，反射系数减小且易于制造。反射系数减小且易于制造。反射系数减小且易于制造。

【技术实现步骤摘要】
一种太赫兹波段的高斯波束光壁接收天线及其设计方法


[0001]本专利技术涉及天线
，具体涉及一种太赫兹波段的高斯波束光壁接收天线及其设计方法。

技术介绍

[0002]高斯波束是一种重要的电磁场空间分布形式。它是伴随着激光器的出现而为人们所重视，激光和光电子技术的发展使其重要性越来越明显，实际上高度定向的微波波束同样也呈现高斯波束的性质。
[0003]高斯波束其波面振幅呈高斯型函数分布，其波束截面的中心处振幅最大，随着半径增大，振幅越来越小，高斯波束的截面半径为其振幅下降到中心振幅的1/e的值，高斯波束最小的截面半径称为其束腰半径。
[0004]高斯波束由多个模式构成。使用光滑喇叭接收时，高斯波束的成分与喇叭内径面半径和内径面处高斯波束束腰的比值有关。当R|w_0＝1.554(w_0/R＝0.6435)时，高斯波束中主要模式为TE
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模，占比约为84.496％，其次为TM
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模，占比约为14.606％，其他高次模占比不足百分之一，其中R为喇叭内径面半径，w_0为内径面处高斯波束束腰。所以在接收时控制喇叭内径面半径与在内径面处高斯波束束腰比，即可仅考虑接收两个模式的能量。双模喇叭天线和波纹喇叭天线可以接收高斯波束。波纹喇叭结构过于复杂，随着工作频率的增加，所需波纹尺寸变得非常小。因此，在高频下工作的波纹喇叭的制造变得越来越困难和昂贵。甚至目前的工艺无法在很高的频率下对其进行设计和制造。Potter在1961年发表论文“P.D.Potter,“Anew horn antenna with suppressed sidelobes and equal beamwidths”,Microwave Journal,vol.18,no.2,pp.71
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78,June 1961”提出的双模喇叭具有许多理想的特性，其结构简单，设计制造方便。Pickett在1984年发表论文“H.M.Pickett,J.C.Hardy,J.Farhoomand,Characterization of a dual mode horn for submillimetre wavelengths,IEEE Trans.Microwave Theory Tech,MTT
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32,no.8,pp936
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937,1984”改进了Potter的喇叭天线，取消了匹配虹膜和相位段。但上述天线并没有考虑到作为接收使用的情况。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种太赫兹波段的高斯波束光壁接收天线及其设计方法，在保留Pickett Potter喇叭天线所具有的低副瓣电平、低交叉极化的特点下，通过高斯波束的束腰半径的特性来确定天线的规格尺寸，达到天线的设计目的，并且采用高斯曲线过渡的方法形成过渡段用以连接输入段和喇叭段，输入段和喇叭段不再是直接进行半径突变，用于减小反射，使得该天线具有低副瓣电平、低交叉极化、低驻波比、易于加工等优点。
[0006]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0007]一种太赫兹波段的高斯波束光壁接收天线，包括沿接收信号传输方向依次设置的接收段、喇叭段以及接收段，所述接收段用于接收天线信号，所述输入段与所述喇叭段之间
设有内部轮廓曲线采用高斯轮廓曲线函数设计的过渡段，通过所述过渡段使得所述输入段与喇叭段的连接呈光滑曲线。
[0008]作为优化，所述输入段为始端内径在一定范围内且始端内径和末端内径大小一致的第一圆波导。
[0009]作为优化，所述过渡段为内部半径缓慢单调变化的第二圆波导，且所述过渡段的始端内径与所述输入段的末端内径大小一致，通过设计过渡段可以减小能量反射。
[0010]作为优化，所述喇叭段是由一段从始端线性单调递增至末端的、轮廓为倾斜直线的同轴喇叭构成，且所述喇叭段的始端内径与所述过渡段的末端内径大小一致，通过设计喇叭段，可以扩大接收的内径面。
[0011]作为优化，所述接收段为始端内径和末端内径大小一致的第三圆波导，且所述接收段的始端内径与所述喇叭段的末端内径大小一致，通过设计接收段，在接收高斯波束信号的同时可以调整高斯波束传输模式的相位差。
[0012]作为优化，所述高斯轮廓曲线函数具体为：
[0013][0014]其中，a3为过渡段的始端内径半径，A根据过渡段的始端内径和过渡段的末端内径需求解的参数、z为过渡段的长度。
[0015]本专利技术还公开了一种对上述的太赫兹波段的高斯波束光壁接收天线的设计方法，包括：
[0016]S1、根据高斯波束的束腰半径确定接收段的末端内径半径a；
[0017]S2、根据构成高斯波束所需要的模式比例确定喇叭段的末端内径处的末端模比M
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，并根据所述末端模比M
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确定喇叭段的始端内径处的始端模比M
11,0
；
[0018]S3、根据台阶比的工程近似关系式|M
11,0
|≈3.41(1
‑
ρ)求得台阶比ρ；
[0019]S4、根据传输TE
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模式和TM
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模式的内径限制以及台阶比ρ，确定过渡段的始端内径半径a3和过渡段末端内径半径a2；
[0020]S5、根据所述接收段的末端内径和所述过渡段的末端内径半径a2，结合仿真确定喇叭段的长度；
[0021]S6、根据设计的高斯轮廓曲线函数结合过渡段的始端内径半径a3和过渡段末端内径半径a2确定过渡段的长度；
[0022]S7、调整所述接收段的长度，使得TE
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模式和TM
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模式相位差为零。
[0023]作为优化，所述高斯波束的束腰半径与接收段的末端内径半径之比为0.65。
[0024]作为优化，S4中，传输TE
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模式和TM
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模式对过渡段的始端内径半径a3的内径限制具体为：1.841184<ka3<3.831706。
[0025]作为优化，S4中，传输TE
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模式和TM
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模式对过渡段末端内径半径a2的内径限制具体为：3.831706<ka2<5.331443。
[0026]本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
[0027]本专利技术是在传统Pickett Potter的基础上，基于天线理论、微波理论及其电场分布，结合高斯轮廓曲线函数的平滑过渡作用，通过在输入段和喇叭段中间添加高斯曲线轮廓的过渡段减小能量反射，降低反射系数与驻波比；与传统Pickett Potter天线相比，本天
线从接收的角度出发，保证了天线的低副瓣电平和低交叉极化且消除了输入段与喇叭段之间的半径突变，反射系数减小且易于制造。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本专利技术示例性实施方式的技本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种太赫兹波段的高斯波束光壁接收天线，包括沿接收信号传输方向依次设置的接收段、喇叭段、过渡段以及输入段，所述接收段用于接收天线信号，其特征在于，所述输入段与所述喇叭段之间设有内部轮廓曲线采用高斯轮廓曲线函数设计的过渡段，通过所述过渡段使得所述输入段与喇叭段的连接呈光滑曲线。2.根据权利要求1所述的一种太赫兹波段的高斯波束光壁接收天线，其特征在于，所述输入段为始端内径在一定范围内且始端内径和末端内径大小一致的第一圆波导。3.根据权利要求1或2所述的一种太赫兹波段的高斯波束光壁接收天线，其特征在于，所述过渡段为内部半径缓慢单调变化的第二圆波导，且所述过渡段的始端内径与所述输入段的末端内径大小一致。4.根据权利要求3所述的一种太赫兹波段的高斯波束光壁接收天线，其特征在于，所述喇叭段是由一段从始端线性单调递增至末端的、轮廓为倾斜直线的同轴喇叭构成，且所述喇叭段的始端内径与所述过渡段的末端内径大小一致。5.根据权利要求4所述的一种太赫兹波段的高斯波束光壁接收天线，其特征在于，所述接收段为始端内径和末端内径大小一致的第三圆波导，且所述接收段的始端内径与所述喇叭段的末端内径大小一致。6.根据权利要求1所述的一种太赫兹波段的高斯波束光壁接收天线，其特征在于，所述高斯轮廓曲线函数具体为：其中，a3为过渡段的始端内径半径，A根据过渡段的始端内径和过渡段的末端内径需求解的参数、z为过渡段的长度。7.一种对权利要求1
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6任一所述的太赫兹波段的高斯波束光壁接收天线的设计方法，其特征在于，包括：S1、根据高斯波束的束腰半径确定接收段的末端内径半径a；S2、根据构成高斯波束所需要的模式比例确定喇叭段的末端内径处的末端模比M
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，并根据所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宸宇，徐进，魏彦玉，王晖，刘建卫，蔡金赤，冯霖琦，岳玲娜，殷海荣，赵国庆，杨登伟，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：