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共面波导馈电矩形开口振子缝隙天线胡业芳;李民权【摘要】为了展宽平面缝隙天线的带宽,设计一种X波段共面波导馈电的矩形宽缝隙振子天线,该天线是在缝隙振子天线的两端开矩形开口,与振子天线形成组合结构.使用高频仿真软件对设计的天线进行仿真分析,结果表明组合结构的天线性能比单一的振子缝隙天线或宽缝天线有大幅度的改善和提高.分析了天线主要参数对天线回波损耗的影响,并在带宽最优的条件下给出一组参数值,此时天线的-10 dB带宽为41.14%(7.24~10.99 GHz),增益为7.5 dB,在所计算的带宽频率内有较稳定的方向图和良好的交叉极化特性.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2009(032)023【总页数】3页(P98-100)【关键词】缝隙天线;振子天线;组合结构;共面波导馈电;宽频带【作者】胡业芳;李民权【作者单位】安徽大学,电子科学与技术学院,安徽,合肥,230039;安徽大学,电子科学与技术学院,安徽,合肥,230039【正文语种】中文【中图分类】TN820 引言由于平面天线具有厚度薄,重量轻、体积小、低成本、易贴附、易制作等特点，日益被人们所喜爱和研究[1]。
共面波导馈电的微带缝隙天线因具有易于和有源器件集成，能产生双向的方向图和易于实现宽频带的优点,近年来受到了较多的关注[2]。
当共面波导和辐射隙位于同一金属层时,其馈电方式主要有电容性电磁耦合和电感性电磁耦合等[3]。
这就更能满足不同的设计要求，最为常见的就是将共面波导的两个槽直接与缝隙天线相连，这种连接方式利用了共面波导的结构特点且形式简单，本文中用电感性电磁耦合来给天线馈电。
共面波导馈电的平面天线结构形式多种多样[4,5]，共面波导馈电直缝隙天线就是其中的一种，它通常也被视为一种缝隙振子天线，是目前仍广泛使用的一种天线，当振子长度达到几个波长时，天线表现出高增益，但其方向图和带宽受到限制。
增大共面波导馈电缝隙天线带宽的技术主要有采用蝶形缝隙[6,7]，加入宽带调谐枝节[8]，带状线加载[9]等。
X波段金属背腔天线的设计与仿真作者：官伟来源：《山东工业技术》2016年第22期摘要：设计并仿真了一种在X波段工作的金属背腔天线。
其为全金属结构，利用AnsoftHfss软件对该天线进行了仿真优化，仿真结果显示，在整个工作频带内，该天线的辐射性能较好，天线驻波带宽达40%，满足使用的要求，设计思路和设计方法具有很好的应用前景。
关键词：金属；背腔天线；设计DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.22.0050 引言从提出背腔天线概念以来，由于它重量轻、剖面低、容易与各种有源器件集成等优点，已被广泛应用各航天、航空等领域。
随着现代通信以及导航系统的飞速发展，对天线的要求也越来越高。
本文设计的天线采用全金属背腔形式，相对于微带背腔天线而言，全金属背腔天线在增加带宽的同时，也避免了印制板带来的损耗，有效地提高了天线的效率。
1 天线结构天线结构如下图1所示，天线制作在金属贴片上。
金属贴片上开H型缝隙，采用50欧姆同轴馈电。
缝隙下方为背腔结构，为了增加带宽，在金属贴片下部加一个金属匹配块。
背腔内、金属贴片和匹配块之间均无介质填充。
在背腔天线设计中，可以通过调整各结构参数获得所需要的阻抗特性和方向图特性。
在背腔天线各个设计参数中，金属贴片的长度与宽度这两个参数对天线特性影响较大。
金属贴片的长度主要影响天线整个频带内增益的起伏。
当固定其他设计参数时，金属贴片的长度越长，则高频端的驻波表现越好，反而言之，若金属贴片的长度越短，则低频端的驻波表现越好。
金属贴片的宽度参数对天线的阻抗带宽性能影响较大，一般来说天线的阻抗带宽随着金属贴片的宽度变大而变宽，但会导致带内驻波增大。
根据这些规律，可以调整各个设计参数，确定出金属贴片的长度、宽度以及背腔尺寸等参数。
2 设计与仿真在设计了天线的各项基本参数后，借助高频仿真软件HFSS17.0对天线系统进行了仿真分析与优化设计。
在设计中，根据确定好的金属贴片的长度、宽度以及背腔尺寸各设计参数初始值，经过优化仿真最终确定其他参数值。
- 140 - Ansoft2004年用户通讯X波段波导缝隙全向天线的仿真设计成玲玲 倪文俊 蒋凡杰（中国电子科技集团公司第51研究所上海201802）摘 要：波导缝隙天线的严格解计算复杂，对于缝隙的诸多参数很难确定。
本文用Ansoft HFSS 9.2电磁仿真软件对所设计的波导缝隙全向天线进行建模、计算分析，并进行参数扫描，得到了优化的尺寸参数。
根据该尺寸进行样品加工和测试，测试结果和仿真值相当吻合。
关键词：波导缝隙全向天线、 Ansoft HFSS、电磁仿真一 引言X波段水平极化全向天线常用作雷达信标天线，应用场合相当广泛。
其实现方法主要有圆波导开槽、同轴线型裂缝槽、向并联裂缝（即双面缝隙）t, 缝隙间距p, 以及最后一对缝隙离波导顶端短路面的距离D。
波导缝隙全向天线属于由驻波激励的谐振缝隙阵。
对于这类天线的设计计算方法，诸多文献均有论述[1][2]。
但参考文献中对缝隙导纳的计算公式均是基于常规单面波导缝进行的，当用于扁波导双面缝隙时，存在一定偏差。
以往设计时，通常要经过大量的调试测试工作，才能最终确定天线尺寸参数，设计周期长、研制成本高、调试工作量大。
所以必须要寻求新的设计方法。
Ansoft HFSS是基于有限元方法的高频电磁场仿真分析软件，能对任意三维结构的电磁场进行分析计算，并能得出特性阻抗、S参数、辐射场、天线方向图等结果。
HFSS 9还具有参数化建模、参数扫描分析、优化等功能，适合于天线等电磁问题的求解。
本文利用HFSS 9.2进行波导缝隙全向天线的仿真设计，并根据设计结果进行了样品加工和电性能测试。
二 仿真设计方法本文所设计的波导缝隙全向天线工作于X波段，用作雷达信标天线，其主要技术指标为：z工作频率：9200～9500MHzz天线增益：≧6dBiz极化形式：水平极化z电压驻波比：≦1.8:1z水平面方向图：全向，不圆度≦±1dBz垂直面波瓣宽度：≧20°根据指标要求，选择3对缝隙，先根据常规设计计算方法算出天线的初始尺寸，用Ansoft HFSS 9.2软件进行仿真设计，得出优化的尺寸参数，并根据该参数加工样品和实际测试。
波导缝隙天线的设计和仿真波导馈电的缝隙阵天线自第二次世界大战以后有很大发展。
它广泛用于各种领域：1、地面、舰载、机载雷达2、导航雷达3、气象雷达4、雷达信标天线LL………………………………特别最近十几年，随着对雷达抗干扰要求的提高、脉冲多普勒可视雷达的发展，要求天线应具有低副瓣或极低副瓣的性能，使波导缝隙天线成为此项要求的优选形式。
同时随着各种计算机辅助技术的发展，如数控机床的使用，天线的整体焊接技术等，为波导缝隙天线的使用创造了基础。
波导缝隙构成的阵列主要有两种形式，即波导宽边开缝和波导窄边开缝，我们本次主要向大家介绍的是波导宽边开缝而构成的波导缝隙天线阵的设计与仿真。
波导宽边纵缝阵列天线不但具有口面效率高、副瓣电平低等优良的电气性能，而且还有厚度小、重量轻、结构紧凑、强度高、安装方便、抗风力强、功率容量大等特点，从而在机载火控雷达、导弹巡航等方面有着其它天线无法替代的优势。
下面是几个波导宽边缝隙构成的阵列在实际中的应用实例。
主要讨论的内容：1.波导缝隙天线的设计基础理论2.波导缝隙行波线阵天线的设计和仿真3.波导缝隙驻波线、面阵天线的设计和仿真4.波导缝隙天线的Ansoft HFSS的实例设计和仿真（一）波导缝隙阵天线设计的基础理论本章中您主要的目标是：1.熟悉波导缝隙天线的基本概念。
2.了解波导缝隙的基本等效电路。
3.理解波导缝隙天线的基本电参数和缝隙阵列的构成。
4.知道波导缝隙天线的基本设计过程。
把一根波导放在自由空间，在波导输入端输入信号，波导终端接匹配负载。
如果在波导宽边或窄边上切割一个窄的缝隙，此缝隙切断波导壁上的传导电流，在缝隙上将产生电场，且对波导内壁电流产生扰动，并从波导内耦合部分电磁能量向自由空间辐射。
随着缝隙切割在波导壁的位置不同，形成不同的缝隙形式。
若缝隙的几何尺寸、其在波导上的位置以及在波导中传送能量确定，则缝隙辐射能量的幅度及相位就确定了。
一般在工程应用中，只要提到波导缝隙的设计，就会想到缝隙的等效电路。
图１ 可快速迭代的波导阵列天线设计方法步骤一：从天线的指标出发（波束宽度、副瓣水平、波束指向等），通过天线综合的方法获得所需的口经场幅度、相位分布，典型的综合方法如泰勒综合法、切比雪夫综合法、伍德沃德加权综合法等。
此过程还依赖于天线的近远场转换技术，可在天线形式已知的情况下实现口径场与远场的相互转换，是一项关键的技术。
步骤二：利用口径场求解缝隙电导分布。
此过程的实现依赖于微波网络的分析技术，涉及多端口网络参数的相互转化，如根据口径场分布进而得到缝隙处的散射场（S参数），由S参数与导纳矩阵Y之间的转换关系，进而得到缝隙电导分布。
步骤三：通过获得的缝隙电导分布，确定每个缝隙的电图２ 缝隙导纳分布波导缝隙的阻抗特性是决定天线阵单个阵元特性最为重要的特性。
确定缝隙阵列所需的导纳分布后，便要获得缝隙导纳与其电尺寸的对应关系，经拟合的缝隙倾角与归一化导纳之间的对应关系如图3所示。
另外，缝隙的切深可由谐振频率等因素确定。
图３ 缝隙谐振时倾角与电导的拟合曲线本文设计中采用标准矩形波导BJ-100，内部尺寸22.86mm*10.16mm，波导壁厚为1.72mm。
设计由226元缝隙构成的天线阵，相邻缝隙间等间距分布、交替导向。
考虑到扫描角度、带宽、功率容量等因素，设定缝隙间距为 （ａ） 天线侧视图 （ｂ）天线俯视图 （ｃ）缝隙波导天线 （ｄ）天线结构和尺寸图４ 天线形式图４ 高性能波导缝隙阵列天线测试结果采用XD-II型天线近远场天线测量系统，对阵列天线进行测试。
测试件数量为3个X波段雷达天线。
测试内容包括天线方向图、天线增益、天线电压驻波比。
测试方法如下。
（1）天线方向图。
在微波暗室内采用平面近场扫描方法，进行天线方向图测试。
被测天线为发射天线，探头接收发射信号。
将天线架设在转台上，调整天线的方位面和俯仰面，确定天线辐射阵面与探头扫描面保持平行。
天线架设及调平完毕以后，启用平面近（远）场测量测试软件，设置近（远）场平面测试系统测试参数，进行测试并自动记录，保存被测天线近场采集数据。
DCWTechnology Study技术研究0 引言随着电子设备技术的发展，万物互联的概念逐步实现，将所有家用的、工业的、民用的、军用的电子电气设备通过互联网实现统一的控制，而万物互联实现基础是电磁场，电磁场的实现基础是天线。
我们熟知的大哥大使用的是单极天线，现在流行的5G 手机使用的是边框天线，老式电视机上使用的是八木天线等，而缝隙天线多用于雷达、通信、导航、电子对抗等普通人很少接触的设备上，因此我们很少在日常生活中见到缝隙天线。
1 缝隙天线的类型缝隙天线是一种在导体板上开凿特定尺寸的缝隙形成的天线，导体板可以是展开的也可以是闭合的，闭合的方式主要有矩形波导、圆形波导、谐振腔等，对于平面导体板可以采用同轴线的馈电方式，对于闭合的导体板即可以采用同轴线馈电方式，也可以采用波导激励馈电方式，闭合的导体板的开槽方式多种多样，有横向、纵向、斜向等。
缝隙天线如图1所示。
波导缝隙天线作为缝隙天线的一种，具有结构简单耐用、易于安装、馈电方便等特点，其天线参数性能也很出色，能够实现高增益、控制主瓣倾角、超低副瓣，副瓣电平甚至可达到-30 dB 以下。
因此，波导缝隙天线非常适合具有流线型外形的高速飞行器，融合度比较高，如机载雷达、导航设备、通信设备等。
波导缝隙天线原理与仿真刘 建1，原 觉1，刘 巍1，李 强2（1.国家无线电监测中心检测中心，北京 100041；2.工业和信息化部机关服务局，北京 100804）摘要：文章讨论了缝隙天线的特点、结构、激励方式、原理等，通过讨论缝隙周围电场和电流分布，分析缝隙天线的辐射原理。
使用HFSS仿真软件建立缝隙天线的模型，计算电场及电流分布情况，得到缝隙天线的基本参数，验证缝隙天线原理的分析结论。
关键词：缝隙天线；电偶极子；波导管；电磁仿真doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2023.08.020中图分类号：TN 82，TN 98 文献标志码：A 文章编码：1672-7274（2023）08-0061-04Principle and Simulation of Waveguide Slot AntennaLIU Jian 1, YUAN Jue 1, LIU Wei 1, LI Qiang 2(1.The State Radio_monitoring_center Testing Center, Beijing 100041, China; 2.Department ServiceBureau of the Ministry of Industry and Information Technology, Beijing 100804, China)Abstract: This paper discusses the characteristics, structure, excitation method, principle, etc. of slot antenna, and analyzes the radiation principle of slot antenna by discussing the distribution of electric field and current around the slot. The HFSS simulation software is used to build the slot antenna model, calculate the electric field and current distribution, obtain the basic parameters of the slot antenna, and verify the analysis conclusion of the slot antenna principle.Key words: slot antenna; electric dipole; waveguide; electromagnetic simulation作者简介：刘 建（1985-），男，汉族，山东人，中级工程师，硕士，研究方向为通信与网络。
一种X波段波导缝隙天线的设计与仿真
李高升;卢中昊;刘锋;何建国
【期刊名称】《现代电子技术》
【年(卷),期】2010(33)21
【摘要】给出了波导缝隙天线设计步骤,设计一种X波段波导缝隙天线,计算了天线口径、波导数量、缝隙的单元数量、宽度、位置等参数,设计半高波导宽臂耦合谐振缝魔T和差器,在此基础上完成了天线设计.仿真结果表明,当中心频率为12 GHz 时,和波束增益为28.9 dB,第一副瓣电平为-22.2 dB,所设计的天线形式可获得较好的和、差波束方向图、电压驻波比和增益等参数.
【总页数】5页(P5-8,12)
【作者】李高升;卢中昊;刘锋;何建国
【作者单位】国防科学技术大学,电子科学与工程学院,湖南,长沙,410073;国防科学技术大学,电子科学与工程学院,湖南,长沙,410073;国防科学技术大学,电子科学与工程学院,湖南,长沙,410073;国防科学技术大学,电子科学与工程学院,湖南,长
沙,410073
【正文语种】中文
【中图分类】TN957.2-34
【相关文献】
1.一种高增益强定向波导缝隙天线 [J], 郑月军;高军;曹祥玉;袁子东;李文强
2.一种Ka频段波束可捷变的低副瓣波导缝隙天线阵的设计 [J], 赵志强;孙全国;龙
小专
3.一种新型双频全向基片集成波导螺旋缝隙天线 [J], 谭立容;杨梓艺;聂佰玲;张照锋;朱昱颖
4.一种双频双圆极化共面波导馈电缝隙天线 [J], 赵文奇;韦高
5.X波段柱面共形基片集成波导纵向缝隙天线阵的实验 [J], 张颖松;洪伟
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波导缝隙天线的设计仿真方案详细教程1. 引言波导缝隙阵列天线口径幅度易于控制，具有辐射效率高，方向性强，结构紧凑等特点，而且容易实现低副瓣乃至极低副瓣，因此在雷达和通信领域有着广泛的应用。
高频仿真软件HFSS在电磁仿真领域有着广泛的应用，有着高仿真精度、高稳定性的特点。
使用HFSS 的3D建模功能，可以很容易解决简单的模型创建问题，但是对于复杂天线结构模型的建立，没有特别有效的方法，使得建模过程十分繁琐耗时，而且容易出错。
利用HFSS 提供的VBScript脚本功能，可以对软件进行二次开发，以VBScript作为接口，利用Matlab调用HFSS协同建模仿真，可以简化模型建立的操作，节约设计时间。
本文提出了一套波导缝隙天线的快速建模方法，设计了一个波导宽边裂缝阵列天线。
并以此波导缝隙天线为例，应用Matlab协同HFSS建立模型仿真，对仿真结果进行了分析。
2.基本理论波导缝隙天线是在波导宽壁或窄壁上开缝的天线，波导中传输的电磁波可以通过缝隙向外界进行辐射。
通常有宽边偏置缝、宽边倾斜缝、窄边倾斜缝隙这几种开缝形式。
根据波导终端的形式不同，波导缝隙阵天线可以分为行波阵和驻波阵。
行波阵的波导终端接吸收负载，单元间距稍大或稍小于g /2 ，驻波阵在距离终端g /4 处接短路滑块，单元间距均为g /2 ，本文设计的就是一个波导驻波阵天线。
2.1 波导缝隙天线理论分析波导上的辐射缝隙向外界辐射能量，引起波导负载的变化，应用传输线理论分析波导的工作状态比较方便，将相应的缝隙等效成与传输线串联的阻抗或并联的导纳，再建立对应的等效电路模型，进而可以求出各个缝隙的等效阻抗或导纳。
Stevenson 等效电路法，就是根据传输线理论和波导模的格林函数导出矩形波导缝隙的计算公式。
图1所示为波导宽边纵向偏置缝隙及其等效电路。
归一化等效谐振电导为：。
一种X波段波导缝隙天线的设计与仿真作者：李高升,卢中昊,刘锋,何建国来源：《现代电子技术》2010年第21期摘要:给出了波导缝隙天线设计步骤,设计一种X波段波导缝隙天线,计算了天线口径、波导数量、缝隙的单元数量、宽度、位置等参数,设计半高波导宽臂耦合谐振缝魔T和差器,在此基础上完成了天线设计。
仿真结果表明,当中心频率为12 GHz时,和波束增益为28.9 dB,第一副瓣电平为-22.2 dB,所设计的天线形式可获得较好的和、差波束方向图、电压驻波比和增益等参数。
关键词:波导缝隙天线; 低副瓣; 辐射缝隙; 和差器中图分类号:TN957.2-34文献标识码:A文章编号:1004-373X(2010)21-0005-04Design and Simulation of Waveguide Aperture Antenna Working in X-bandLI Gao-sheng, LU Zhong-hao, LIU Feng, HE Jian-guo(College of Electronic Science and Engineering, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China)Abstract: The procedures for designing a waveguide aperture antenna are presented. A waveguide aperture antenna working in X-band is designed. The aperture of antenna, number of waveguide, and parameters of aperture including number, width and location are calculated. A wide-arm coupling resonant aperture magic T comparator with half-height waveguide is designed, based on which the design of the antenna is finished. Simulation results indicate that gain of the sum beam is 28.9 dB and the first side lobe is -22.2 dB at 12 GHz. The antenna can attain good parameters such as sum and subtract pattern, voltage stand wave ratio and gain.Keywords: waveguide aperture antenna; low side lobe; radiation slot; comparator0 引言随着信息化水平的提高和无线电技术的发展,对高效率、低副瓣天线的需求日渐强烈,特别是弹载、机载搜索和跟踪天线,由于早年常用的抛物面天线固有的口径遮挡,难以在这两方面有大幅度提高,不能满足日益增长的需求。
波导缝隙天线在设计方面具有较大的灵活性,可调整和优化的参数多,较易实现高效率、超低副瓣和高增益,还具有承受功率高,结构紧凑等优点,得到了广泛的研究和应用[1-2]。
波导缝隙平板阵列天线主要由辐射阵面、馈电波导及和差器等三部分组成,本文对此分别进行了阐述,计算了天线口径相关参数,设计了和差器和馈电网络,并对设计结果进行了仿真计算。
1 天线辐射阵面设计1.1 天线口径相关参数计算首先根据天线的波束宽度和副瓣电平要求计算口径尺寸D,然后把D代入增益G公式,看是否满足增益要求;最后根据增益和波束宽度,对天线口径进行修正,使其同时符合两者要求[3-4]。
单脉冲天线的口径一般分成四个象限,每个象限构成一个独立的子阵,每个子阵是90°的扇形,无法实现理想的泰勒分布,因此设计时要留出适当的余量。
最大副瓣电平为R0,天线主瓣峰值电平与最大副瓣电平的电压比值为:-(1)选择泰勒圆口径分布,波束宽度因子为:β0=(arcch η)2-arcchη22波束展宽因子不仅与副瓣电平有关,而且与等副瓣电平的副瓣数有关[1]:-0.5)2式中为第一类一阶贝塞尔函数的第个根。
天线的波束宽度为:(4)阵面直径确定后,根据波导尺寸计算阵面波导数。
阵面圆心为扇面的公共点,波导的排列相对阵面中心对称。
半个阵面上平行放置的波导数为:n≤D2(a+2t)(5)式中:a为波导宽边内尺寸;t为波导壁厚。
对于圆形阵列天线,组成阵面的波导长度各不相同。
进行阵面设计时,先对各根波导容许的极限长度做出计算,以考虑每根波导上缝隙的数量。
从中心算起,每根波导的极限长度为:li=r2-[i(a+2t)]2(6)式中代表由中心算起第i根波导的长度,i=1, 2,…,r为阵面半径。
辐射缝隙开在波导宽壁上,为纵向并联缝隙。
为保证谐振条件,各缝隙应同相,这要求交叉位于波导中心线两侧的相邻缝隙间距为波导波长。
采用谐振缝隙阵,第一条和最末一条缝隙在距中心为处短路。
长度为的波导,缝隙数为:ni≤2(li-2t)λg(7)1.3 辐射阵面设计子阵面辐射中心选在离阵面中心为(0.3～0.4)R的范围内,接近45°角斜方向上的那个缝隙位置。
辐射中心的缝隙场强是子阵面中最强的。
计算场分布时,将辐射中心位置定为坐标原点。
子阵的辐射中心定为原点,距原点最远的缝的距离为半径aa,根据场强分布曲线,求出每条缝隙对应的场强值,确定其偏离波导中心线的位置。
圆口径泰勒场分布[2]:-1m=0FmJ0(μmp)[J0(μmπ)]2,p=πρaa(8)式中:--1n=11--1n=1(n≠m)1--1;μm为J1(πx)的第m个根-。
一旦阵面的口径场分布曲线确定,阵面上各缝隙的电导值也就确定了。
平板缝隙阵主要通过控制阵面上各缝隙的电导值来实现对阵面场分布特性的控制。
为使每根辐射波导与自由空间良好匹配,应使。
其中表示第i 根波导上第条缝隙的电导值。
可根据对阵面上各缝隙所要求的场强值求其归一化电导值:(9) 式中是由给定的口径场分布曲线求出的第i 根波导上第条缝隙所对应的场强值。
对于纵向并联缝隙,等效电导为: g(x)=2.09abλgλcos2πλ2λgsin2πxa (10) 式中为波导宽、窄边尺寸;λ为工作波长;x 为缝隙中心与波导中心线之间的距离。
对于给定的a 和b,当工作波长确定后,可计算缝隙的等效电导g 与横向偏移量x 的关系。
因此,可根据对各缝隙所要求的电导值求出偏离波导中心线的距离,从而确定缝隙的横向位置。
图是计算缝隙偏置的流程图。
图1 计算所有缝隙偏置的流程图 1.5 馈电波导设计馈电波导在辐射波导背面并与之正交,采用宽壁中心倾斜串联缝隙,互耦影响小。
相邻馈电缝隙的偏角交错相反。
为实现同相馈电,缝隙间距取λ′g/2。
为保证波导与缝隙匹配,在距最末一条缝隙λ′g/2处短路。
为保证各馈电缝隙落在阵面上各波导中心,令馈电波导的波导波长为阵面上辐射波导宽边外尺寸的2倍,即。
为形成单脉冲天线波束,采用4根独立的馈电波导分别对子阵馈电。
根据阵面上各波导所需的能量分配关系,确定功率分配系数。
对于第j 根波导,功率分配系数为其中,fi 表示第j 根波导上第i 条缝隙的相对场强。
根据功率分配系数Cj,确定对应的缝隙等效电阻(11)在波导尺寸和工作波长给定后,可计算缝隙电阻对应的偏角[5]。
1.6 和差器设计和差网络可以是波导结构,也可以是带线结构。
波导型和差网络由波导魔T组成,插损一般小于1.0 dB,隔离优于30 dB。
带线和差网络由分支线定向耦合器、混合环等构成,插损一般为1.0~1.5 dB,隔离约20 dB。
为使波导魔T端口匹配,四个支臂的交接处要安装匹配装置,如金属膜片、圆杆,选择尺寸、位置,使反射波与接头处不连续性造成的反射波抵消,实现匹配。
在弹载、星载情况下,对体积、重量要求高,一般采用折叠魔T。
折叠魔T匹配调谐困难,且调谐部分结构较复杂,加工要求高。
耦合谐振波导魔T利用波导宽臂上开的耦合谐振缝实现E臂功能,简化了结构,以便有利于加工。
当主模从E臂输入时,耦合缝切割E臂波导的内表面电流,形成小的辐射口径面,将E臂中的能量耦合到下面的波导中。
由于耦合缝位于H臂中轴线,不能在H臂中激励起模,从而实现E,H两臂隔离。
宽臂耦合谐振缝魔T在结构、加工、调匹配等方面具有优势,且隔离度、功率平分性、匹配性能与折叠魔T相当,具有应用优势[6-7]。
2 天线参数计算设中心频率为12 GHz,标准波导BJ-120内边尺寸为。
为压缩体积,使用半高波导,这样辐射波导尺寸为壁厚。
当两根波导并在一起时,公共壁厚为1 mm,将a和t代入式(5),可得最大的整数n=6,因此波导数N=12。
由式(6)计算可得各根波导长度为。
计算得到各波导上的缝隙数ni=(8,8,7,6,5,4)。
进而可知四分之一阵面的缝隙数为38,故整个阵面的缝隙数为152。
图2是所设计的缝隙天线平面图,选择第2条波导的第3个缝隙作为子阵的辐射中心。
图2 缝隙天线的平面图在圆口径泰勒分布条件下,根据图1所示流程计算得到各缝隙的偏置(单位:mm)。
2.686 053.033 713.426 623.033 712.686 051.759 741.262 061.183 482.631 283.102 773.402 813.102 772.631 281.859 761.197 771.062 042.621 763.252 793.295 653.252 792.621 761.900 241.238 2502.490 793.495 683.307 563.495 682.490 791.888 33002.652 713.709 993.228 983.709 992.650 330003.602 833.674 273.609 973.674 270000计算缝隙在不同偏置条件下的谐振长度,结果如表所示。
表1 单缝部分计算结果偏置 /mm谐振缝长 /mm绝对电导 /(s/m)------将计算所得数据采用5次多项式拟合,如图3所示。
根据拟合多项式可得每条缝隙的谐振长度。
馈电波导的波导波长λ′g进而求出馈电波导的宽边内尺寸取馈电波导的窄边内尺寸为b′=4 mm。
馈电缝隙的宽度与阵面辐射缝隙相比,应适当取宽一点,这里取。
得到馈电缝隙等效电阻为。
对于此馈电波导,馈电缝隙偏角与等效电阻的关系如图4所示。
