一種小型四元線陣天線的實現(xiàn)

引言

　　波導(dǎo)縫隙天線要求在水平面內(nèi)具有寬波束的特點，能夠覆蓋比較寬的范圍，從而更有效地提高車輛的戰(zhàn)場生存能力。天線需要滿足的性能指標如下：a.增益：大于11dB;b.3dB波束寬度：E面為20°，H面為110°;c.副瓣電平：小于-13dB;d.駐波比：小于2。

　　波導(dǎo)縫隙天線是一種重要的微波天線，在通信和雷達系統(tǒng)中獲得了廣泛的應(yīng)用。然而，隨著波導(dǎo)縫隙數(shù)目的增加，單純依靠仿真軟件或是數(shù)值方法，在普通PC機上都很難進行分析。因此，對大型波導(dǎo)縫隙天線快速高效的分析計算成為工程上的迫切需要。本文基于廣義導(dǎo)納矩陣(GAM)，圍繞大型波導(dǎo)縫隙天線的快速分析展開了研究：本文首先采用模式匹配的經(jīng)典理論，建立了以波導(dǎo)縫隙天線裂縫所在平面法線方向為參考方向的分析模型，將天線分成內(nèi)外兩個區(qū)域。對于天線內(nèi)部區(qū)域，提出了行波狀態(tài)利諧振狀態(tài)兩種情況下波導(dǎo)縫隙天線內(nèi)部區(qū)域廣義導(dǎo)納參數(shù)的快速提取方案，建立了具有廣泛適用性的天線單元廣義導(dǎo)納參數(shù)數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)了縫隙天線內(nèi)部區(qū)域GAM的級聯(lián)，得到了廣義輸入導(dǎo)納等主要參數(shù)，與HFSS仿真結(jié)果吻合良好。

　　1 理論分析

　　1.1 串聯(lián)縫隙陣的模型

　　由波導(dǎo)內(nèi)的場分布情況可知：當波導(dǎo)寬邊中心開斜縫時，窄縫在縱向不切割電流線;在縫的橫向由于對電場的擾動，使得總電場在縫的兩側(cè)發(fā)生跳變，即電壓跳變，故相當于在傳輸線上串聯(lián)了一個阻抗。對中心饋電的諧振線陣模型來說，假設(shè)波導(dǎo)壁上開有Ⅳ爪斜縫，縫與縫中心間距λg/2，為取得同相激勵，相鄰縫交叉傾斜放置，波導(dǎo)末端短路板距終端縫隙λg/2，以使縫隙中心處于電壓或電流最大值位置，線陣模型如圖1所示。

　　其等效電路如圖2所示。

　　圖中所示均為歸一化的等效電阻。

　　1.2 縫隙特性參數(shù)的分析

　　在天線工作頻率的選取上，本雷達系統(tǒng)的工作頻率為10.5GHz，故該天線的工作頻率為10.5GHz,，對于陣列中各單元以等間距位于直線上的線陣，其陣列因子可表示為：

　　其中An為激勵的幅度，θ為觀察方向與直線的夾角，d為陣元間距。由于諧振陣各單元是同相的，即φn=O，則上式可簡化為：

　　當u=2mπ，m=O，±1，…時，S取最大值，且m=0時為主瓣。為了實現(xiàn)低副瓣并使主瓣展寬，采用中心饋電從陣中到邊緣幅度遞減，按泰勒線源分布加權(quán)各縫隙，兩邊呈對稱分布，其方向圖零點位置由下式?jīng)Q定：

　　將后一項按多項式展開，Z的各次冪系數(shù)即為相對應(yīng)的激勵幅度。

　　由圖2，當波導(dǎo)采用中心饋電并處于諧振的時候(其阻抗虛部為零)，對泰勒分布而言，則有：

將之前得到的每個縫隙的激勵幅度代入即可求得相應(yīng)的歸一化電阻值，在本設(shè)計中N取4。

　　A.F.STevensON利用洛倫茲互易定理及波導(dǎo)中功率的平衡方程，得到了串聯(lián)縫隙的歸一化等效電阻表示式為：

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