簡論一種X波段波導縫隙天線的設計與仿真概要

1、簡論一種X波段波導縫隙天線的設計與仿真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線電技術的 發(fā)展 ， 對高效率、低副瓣天線的需 求日漸強烈 ， 特別是彈載、機載搜索和跟蹤天線， 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 ， 不能滿足日益增長的需求。波導縫隙天線在設計方面具有較大的靈活性 ， 可調整和優(yōu)化的參數(shù)多 ， 較易 實現(xiàn)高效率、超低副瓣和高增益， 還具有承受功率高 ， 結構緊湊等優(yōu)點

5、 ， 得到了廣泛的研究和應用 1-2 。波導縫隙平板陣列天線主要由輻射陣面、饋電波導及和差器等三部分組成，本文對此分別進行了闡述， 計算了天線口徑相關參數(shù)， 設計了和差器和饋電 網(wǎng)絡， 并對設計結果進行了仿真計算。天線輻射陣面設計天線口徑相關參數(shù)計算首先根據(jù)天線的波束寬度和副瓣電平要求計算口徑尺寸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， 對天線口徑進行修正 使其同時符合兩者要求 3-4 。單脈沖天線的口徑一般分成四個象限 ， 每個象限構成一個獨立的子陣 ， 每個子陣是 90 的扇形 ， 無法實現(xiàn)理想的泰勒分布 ， 因此設計時要留出適當?shù)挠嗔?。最大副瓣電?/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圓口徑分布B O=(arcch n )2-arcch n 22波束展寬因子不僅與副瓣電平有關 ， 而且與等副瓣電平的副瓣數(shù)n有關 1 ：(T =( 1 n a2+( n -0.5)2式中 ： A=arcosh n / n ; 1 n 為第一類一階貝塞爾函數(shù)的第 n個根。天線的波束寬度為 ：90.5=# 0 入 D陣面直徑確定后 ， 根據(jù)波導尺寸計算陣面波導數(shù)。陣面圓心為扇面的公共點 波導的排列相對陣面中心對稱。半個陣面上平行放置的波導數(shù)為 ：n D2(a+2t)式中 :a 為波導寬邊內尺寸 ;t

7、為波導壁厚。1.2 陣面縫隙單元數(shù)計算對于圓形陣列天線， 組成陣面的波導長度各不相同。進行陣面設計時 ， 先對 各根波導容許的極限長度做出計算， 以考慮每根波導上縫隙的數(shù)量。從中心算起每根波導的極限長度為 ：li=r2-i(a+2t)2式中：li代表由中心算起第i根波導的長度，i=1,2，,r為陣面半徑。輻射縫隙開在波導寬壁上 ， 為縱向并聯(lián)縫隙。為保證諧振條件 ， 各縫隙應同相,這要求交叉位于波導中心線兩側的相鄰縫隙間距d=入g/2,入g 為波導波長。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。長度 TOC o 1-5 h z 為 li 的波導,縫隙數(shù)為：ni 2(li -2t) 入 g1.3 輻射陣面設計子陣面輻射中心選在離陣面中心為 (0.3? 0.4)R 的范圍內 ， 接近45角斜方向上的那個縫隙位置。輻射中心的縫隙場強是子陣面中最強的。計算場分布時，將輻射中心位置定為坐標原點。子陣的輻射中心定為原點 ， 距原點最遠的縫的距離為半徑 aa, 根據(jù)場強分布曲線,求出每條縫隙對應的場強值， 確定其偏離波導中心線的位置。圓口徑泰勒 場分布2:f(P尸刀 n -1m=0FmJ0 mp)J0( 1 mn )2,p= n p aa式