安徽四創(chuàng)電子股份有限公司 楊邦宏 程海平 李德義 劉晶晶

1.引言

自A J Simons等人于1966年提出波紋喇叭的概念以來，波紋喇叭成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)，并針對(duì)波紋喇叭的低旁瓣和輻射場(chǎng)軸向?qū)ΨQ等開展深入研究[1]。在輻射計(jì)等被動(dòng)遙感設(shè)備的天饋系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，K波段波紋饋源的帶寬較高，根據(jù)工作頻帶比，選定波紋槽為直槽和加載槽相結(jié)合的形式，這種饋源結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，整體難成型，因此現(xiàn)有的波紋喇叭通常采用電化學(xué)腐蝕進(jìn)行整體成型或者采用兩個(gè)半圓形進(jìn)行組合的結(jié)構(gòu)形式，存在廢品率高、精度誤差大、合格率低和生產(chǎn)成本高等缺點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)該饋源的電性能指標(biāo)，本文提出了一種K波段波紋饋源的結(jié)構(gòu)工藝方案，具有精度誤差小、生產(chǎn)合格率高、制造成本低等特點(diǎn)，同時(shí)提高了該饋源的電性能指標(biāo)。

2.饋源喇叭的設(shè)計(jì)與分析

2.1 波紋喇叭介紹

K波段饋源的工作頻率為22-32GHZ，為直槽和加載槽相結(jié)合的結(jié)構(gòu)形式，主要由變徑段、變模段、變頻段、變角段、輻射段組成，具體如圖1所示。根據(jù)口徑大小、喇叭總長(zhǎng)度的限制，確定輻射段半張角為10.7°；變模段采用環(huán)加載形式，變模段的槽口寬度b逐漸變寬到槽底部寬度W的環(huán)加載波紋段。槽深d，周期P，具體如圖2所示。

圖1 波紋喇叭的基本結(jié)構(gòu)

圖2 變模段的結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 波紋喇叭的結(jié)構(gòu)

通常情況下，波紋喇叭的加工工藝主要包括整體機(jī)械加工、疊片釬焊和疊片膠接等形式。整體機(jī)械加工的方法最為直接，而且容易加工成型，但本文的波紋喇叭具有環(huán)加載，整體機(jī)械加工難度較大，該方法不可行。

疊片焊接的方法相對(duì)簡(jiǎn)單，也能制作密度較高的齒槽結(jié)構(gòu)，但主要問題在于焊接變形較大，而且焊縫致密不能控制，因此該方法制作的疊片電磁損耗相對(duì)較大。

圖3 K波段饋源的結(jié)構(gòu)示意圖

由于這種波紋喇叭內(nèi)部波紋結(jié)構(gòu)復(fù)雜，每個(gè)齒片的厚度在3mm左右，因此直接加工難度較大，而且不易成型?；诖耍疚牟捎茂B片套裝的方法，通過三個(gè)饋源套、兩片端蓋、1個(gè)變徑塊、42個(gè)齒片，加上合理的裝夾工裝及組裝夾具結(jié)構(gòu)而組裝程完整的饋源。其中，饋源套兩端分別具有定位槽和定位臺(tái)，內(nèi)表面光潔度按照鏡面處理，饋源套之間由相互配合的定位凸臺(tái)和定位槽進(jìn)行準(zhǔn)確定位；端蓋用于連接饋源套與齒片，并確保各個(gè)齒片之間無間隙；變徑塊采用整體數(shù)控加工成型，內(nèi)表面進(jìn)行鏡面處理；齒片采用慢走絲線切割加工而成，并對(duì)加工后的齒片表面鍍金。具體如圖4所示。

疊片套裝的方法可用于批量生產(chǎn)，可以應(yīng)用于這種直徑小、難以進(jìn)行整體加工和尺寸精度要求較高的波紋喇叭的制作，饋源的整體精度誤差小、生產(chǎn)合格率率高，降低了饋源的生產(chǎn)成本，也具有較高的工作性能。

圖4 22GHz頻率饋源的暗室測(cè)試結(jié)果和仿真結(jié)果的對(duì)比圖

3.波紋喇叭測(cè)試結(jié)果和測(cè)試分析

針對(duì)這種波紋喇叭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，所加工的齒槽精度能控制在±0.01mm誤差以內(nèi)。以頻點(diǎn)為22GHz和32GHz為例，頻點(diǎn)22GHz的仿真電平為19.25dB，而頻點(diǎn)22.24GHz暗室測(cè)試的電平為21.60GHz，兩者之間的誤差為2.35dB，具體如圖4所示；頻點(diǎn)32GHz的仿真電平為22.50 GHz，頻點(diǎn)31.4GHz的暗室測(cè)試電平為18.68GHz，兩者之間的誤差為3.82GHz，具體如圖5所示?？紤]暗室測(cè)試數(shù)據(jù)和仿真數(shù)據(jù)之間的頻點(diǎn)有細(xì)微差別，而且裝配誤差和測(cè)量誤差，總體結(jié)果在可接受的范圍之內(nèi)，使用該方法設(shè)計(jì)的K波段波紋饋源滿足各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)要求。

圖5 32GHz頻率饋源的暗室測(cè)試結(jié)果和仿真結(jié)果的對(duì)比圖

4.結(jié)論

本文給出了K波段饋源的結(jié)構(gòu)工藝方法，并以22GHz-32GHz饋源為例，選擇合適的加工方法對(duì)這種饋源進(jìn)行加工制作。經(jīng)測(cè)量和數(shù)據(jù)對(duì)比分析，這種方法制作的波紋饋源達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求，饋源性能良好，可以滿足使用要求。

[1]陳謙,方正新,陳明,艾加秋.實(shí)現(xiàn)收發(fā)分離的W 波段波束波導(dǎo)饋電網(wǎng)絡(luò)[C].2015年全國(guó)微波毫米波會(huì)議論文集,2015.

[2]徐江.波紋圓波導(dǎo)特征值的近似解[J].微波學(xué)報(bào),2005,21(5):37-40.