簡(jiǎn)論一種X波段波導(dǎo)縫隙天線的設(shè)計(jì)與仿真概要

1、簡(jiǎn)論一種X波段波導(dǎo)縫隙天線的設(shè)計(jì)與仿真Desig n and Simulati on of Waveguide Aperture Antenna Work ing in X- bandLI Gao-she ng, LU Zhon g-hao, LIU Feng, HE Jia n-guo (College of Electr onic Scie nee and Engin eeri ng, Nati onal Uni versity of Defe nse Tech nology, Cha ngsha 410073, Chi na) Abstract: The procedures for d

2、esig ning a waveguide aperture antenna are prese nted. A waveguide aperture antenna worki ng in X-ba nd is desig ned. The aperture of antenna, nu mber of waveguide, and parameters of aperture in cludi ng nu mber, width and locati on are calculated. A wide-arm coupli ng res onant aperture magic T com

3、parator with half-h Ei ght waveguide is desig ned, based on which the desig n of the antenna is fini shed. Simulati on results in dicate that gain of the sum beam is 28.9 dB and the first side lobe is -22.2 dB at 12 GH z. The antenna can atta in good parameters such as sum and subtract pattern, volt

4、age sta nd wave ratio and gain.Keywords: waveguide aperture antenn a; low side lobe; radiati on slot; comparator0 引言隨著信息化水平的提高和無(wú)線電技術(shù)的 發(fā)展 ， 對(duì)高效率、低副瓣天線的需 求日漸強(qiáng)烈 ， 特別是彈載、機(jī)載搜索和跟蹤天線， 由于早年常用的拋物面天線固 有的口徑遮擋 ， 難以在這兩方面有大幅度提高 ， 不能滿足日益增長(zhǎng)的需求。波導(dǎo)縫隙天線在設(shè)計(jì)方面具有較大的靈活性 ， 可調(diào)整和優(yōu)化的參數(shù)多 ， 較易 實(shí)現(xiàn)高效率、超低副瓣和高增益， 還具有承受功率高 ， 結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)

5、 ， 得到了廣泛的研究和應(yīng)用 1-2 。波導(dǎo)縫隙平板陣列天線主要由輻射陣面、饋電波導(dǎo)及和差器等三部分組成，本文對(duì)此分別進(jìn)行了闡述， 計(jì)算了天線口徑相關(guān)參數(shù)， 設(shè)計(jì)了和差器和饋電 網(wǎng)絡(luò)， 并對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行了仿真計(jì)算。天線輻射陣面設(shè)計(jì)天線口徑相關(guān)參數(shù)計(jì)算首先根據(jù)天線的波束寬度和副瓣電平要求計(jì)算口徑尺寸D,然后把D代入增 益G 公式 ,看是否滿足增益要求； 最后根據(jù)增益和波束寬度， 對(duì)天線口徑進(jìn)行修正 使其同時(shí)符合兩者要求 3-4 。單脈沖天線的口徑一般分成四個(gè)象限 ， 每個(gè)象限構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的子陣 ， 每個(gè)子陣是 90 的扇形 ， 無(wú)法實(shí)現(xiàn)理想的泰勒分布 ， 因此設(shè)計(jì)時(shí)要留出適當(dāng)?shù)挠嗔俊Ｗ畲蟾卑觌娖?/p>

6、為 R0, 天線主瓣峰值電平與最大副瓣電平的電壓比值為：n =10-R010波束寬度因子為選擇泰勒?qǐng)A口徑分布B O=(arcch n )2-arcch n 22波束展寬因子不僅與副瓣電平有關(guān) ， 而且與等副瓣電平的副瓣數(shù)n有關(guān) 1 ：(T =( 1 n a2+( n -0.5)2式中 ： A=arcosh n / n ; 1 n 為第一類(lèi)一階貝塞爾函數(shù)的第 n個(gè)根。天線的波束寬度為 ：90.5=# 0 入 D陣面直徑確定后 ， 根據(jù)波導(dǎo)尺寸計(jì)算陣面波導(dǎo)數(shù)。陣面圓心為扇面的公共點(diǎn) 波導(dǎo)的排列相對(duì)陣面中心對(duì)稱(chēng)。半個(gè)陣面上平行放置的波導(dǎo)數(shù)為 ：n D2(a+2t)式中 :a 為波導(dǎo)寬邊內(nèi)尺寸 ;t

7、為波導(dǎo)壁厚。1.2 陣面縫隙單元數(shù)計(jì)算對(duì)于圓形陣列天線， 組成陣面的波導(dǎo)長(zhǎng)度各不相同。進(jìn)行陣面設(shè)計(jì)時(shí) ， 先對(duì) 各根波導(dǎo)容許的極限長(zhǎng)度做出計(jì)算， 以考慮每根波導(dǎo)上縫隙的數(shù)量。從中心算起每根波導(dǎo)的極限長(zhǎng)度為 ：li=r2-i(a+2t)2式中：li代表由中心算起第i根波導(dǎo)的長(zhǎng)度，i=1,2，,r為陣面半徑。輻射縫隙開(kāi)在波導(dǎo)寬壁上 ， 為縱向并聯(lián)縫隙。為保證諧振條件 ， 各縫隙應(yīng)同相,這要求交叉位于波導(dǎo)中心線兩側(cè)的相鄰縫隙間距d=入g/2,入g 為波導(dǎo)波長(zhǎng)。采用諧振縫隙陣 ， 第一條和最末一條縫隙在距中心為 入 g/4 處短路。長(zhǎng)度 TOC o 1-5 h z 為 li 的波導(dǎo),縫隙數(shù)為：ni 2(li -2t) 入 g1.3 輻射陣面設(shè)計(jì)子陣面輻射中心選在離陣面中心為 (0.3? 0.4)R 的范圍內(nèi) ， 接近45角斜方向上的那個(gè)縫隙位置。輻射中心的縫隙場(chǎng)強(qiáng)是子陣面中最強(qiáng)的。計(jì)算場(chǎng)分布時(shí)，將輻射中心位置定為坐標(biāo)原點(diǎn)。子陣的輻射中心定為原點(diǎn) ， 距原點(diǎn)最遠(yuǎn)的縫的距離為半徑 aa, 根據(jù)場(chǎng)強(qiáng)分布曲線,求出每條縫隙對(duì)應(yīng)的場(chǎng)強(qiáng)值， 確定其偏離波導(dǎo)中心線的位置。圓口徑泰勒 場(chǎng)分布2:f(P尸刀 n -1m=0FmJ0 mp)J0( 1 mn )2,p= n p aa式