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低副瓣串馈微带天线阵设计

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一种串馈微带平面天线阵列的设计

一种串馈微带平面天线阵列的设计

2020年第09期(总第402期)电子质量作者简介院张闻涛(1982-)，男，高级工程师，硕士，研究方向为弹载雷达相控阵天线、波导缝隙天线、超宽带天线。

一种串馈微带平面天线阵列的设计Design of a Series-Fed Microstrip Plane Array Antenna张闻涛(中国空空导弹研究院,河南洛阳471009)Zhang Wen-tao (China Airborne Missile Academy,Henan Luoyang 471009)摘要：设计了一种应用于成像的二维天线平面阵列，利用串行馈电的方式，减小了大型阵列因较长馈线而带来的损耗，保证了天线增益，采用四分之一阻抗变换线进行加权，在带宽内天线在两个主平面副瓣在均低于-20dB，达到了设计要求，实现了微带阵列天线的低副瓣、高增益、宽频带的指标。

关键词：串馈微带阵列天线；低副瓣；宽频带中图分类号：TN820文献标识码：A文章编号：1003-0107(2020)09-0091-04Abstract:A two-dimensional antenna array is designed for imaging.The use of serial feed is used to reduce the loss of large arrays due to the longer feeder,which ensures the antenna gain and uses a quarter of the impedance The conversion line is weighted,and the antenna in the bandwidth is lower than -20dB in the two main plane sidelobes,which meets the design requirements,and achieves the low sidelobe,high gain and wide band of microstrip antenna.Key words:stringed microstrip array antenna;low sidelobe;wide band CLC number:TN820Document code:AArticle ID ：1003-0107(2020)09-0091-040引言微带天线具有低剖面、质量小、便于加工、成本低廉、易于与微波电路共面集成等优点，在机载通信、导航、识别、雷达和电子对抗等无线电领域得到广泛应用。

77GHz宽带低副瓣毫米波微带天线设计

77GHz宽带低副瓣毫米波微带天线设计

77GHz宽带低副瓣毫米波微带天线设计范文颖;侯庆文;陈先中【期刊名称】《西安电子科技大学学报》【年(卷),期】2022(49)5【摘要】针对微带天线带宽较窄的问题,提出一种适用于地下煤矿机器人环境感知的宽带低副瓣毫米波微带阵列天线。

该毫米波天线阵列由主辐射单元层、寄生贴片层以及空气层构成。

主辐射单元采取道尔夫-切比雪夫阵列综合方法以实现低副瓣特点,空气层和寄生单元通过降低等效介电常数及增加新的谐振点有效展宽天线带宽,T形功分器馈电网络设计实现良好的阻抗匹配。

HFSS仿真结果表明,天线的-10 dB阻抗带宽为7 GHz,工作频率为76.6~83.6 GHz,E面最大副瓣电平为-15 dB,H 面最大副瓣电平为-24 dB,最大增益为17 dBi,满足了毫米波雷达远近距离切换和复杂散射介质回波灵敏度的应用需求。

与目前的77 GHz毫米波天线相比,此天线有效降低了副瓣电平,进一步拓展了工作带宽,提高了雷达的抗干扰能力以及分辨率。

针对地下煤矿复杂的地磁环境特点,该天线所具有的强抗干扰能力和高分辨率等性能在地下巷道环境感知方面有很大的优势。

【总页数】8页(P109-116)【作者】范文颖;侯庆文;陈先中【作者单位】北京科技大学自动化学院;北京科技大学工业过程知识自动化教育部重点实验室;北京科技大学顺德研究生院【正文语种】中文【中图分类】TN959.5【相关文献】1.一种毫米波段圆锥共形低副瓣微带天线设计2.64元宽带高增益低副瓣毫米波天线阵的设计3.一种毫米波低副瓣微带天线阵列的设计与仿真4.K波段高增益低副瓣微带天线阵的设计5.低副瓣边馈微带天线阵列设计因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

低副瓣边馈微带天线阵列设计

低副瓣边馈微带天线阵列设计

低副瓣边馈微带天线阵列设计徐锋【摘要】Microstrip antenna array with high gain and low - side lobe is required in many applications. Through the theoretical study on comer - fed square patch array with coplanar feed. A side - fed Ku band monopulse microstrip antenna array with - 19. 5dB side - lobe has been realized and measured. The results indicate validity of this method for design of high gain and monopulse antenna.%在实际应用中要求微带天线具备高增益、低副瓣、波束控制等特性.基于角馈方形微带贴片阵列天线的理论分析,采用中心短路、边缘馈电的方式设计了低副瓣ku波段单脉冲微带平面天线阵列.经测试所设计的10×10单元单脉冲微带天线阵的副瓣电平达到了- 19.5dB.结果证明该设计方法对高增益单脉冲天线设计是有效可行的.【期刊名称】《安徽理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(032)002【总页数】3页(P26-28)【关键词】边馈;微带天线阵;旁瓣;单脉冲【作者】徐锋【作者单位】淮南师范学院电气信息工程学院,安徽淮南232038【正文语种】中文【中图分类】TN820.1传统的单脉冲系统多采用波导结构，因而天线体积和质量较大。

考虑到微带天线的质量轻、易与集成电路实现一体化设计、成本低等特点，微带天线逐渐走入研究人员的视野，成为单脉冲天线大家庭中的一员。

2003年文献［1］设计出了一个一维的低损耗双向辐射单脉冲微带天线阵，获得大于－10dB的旁瓣电平;在频率较高的毫米波波段，文献［2］给出了一种共面单脉冲微带天线设计，但其副瓣并不理想;在ku波段，文献［3］设计出了16元×16元的矩形贴片单脉冲均匀分布平面阵，最大增益为24.5dB，副瓣＜－17dB;文献［4］中设计的16元单脉冲矩形贴片线阵，为了获得较低的旁瓣，每个单元都与衰减器和相位调节器相连。

X波段低副瓣波导缝隙阵列天线设计

X波段低副瓣波导缝隙阵列天线设计

０ 引 言
波导缝隙天线具有口径面场分布容易控制、天线 口径效率高、性能稳定、结构简单紧凑、强度高、安装方 便等优点，被广泛应用于雷达和通讯领域［１］ 。 早期的 波导裂缝天线设计主要通过加工、测试大量的试验小 面阵，从测试数据中提取缝隙的导纳参数，再以此设计 缝隙天线，耗费较多的时间，成本也较高［２］ 。 电磁仿 真软件的出现，可利用仿真软件获得波导缝隙天线的 散射参数，再用理论公式计算出缝隙的有源导纳［３］ ， 极大提高了天线设计的效率。 但是，由于波导缝隙的 边缘缝隙和中间缝隙的互耦不同，电磁仿真软件提取 的导纳参数并不十分准确。 本文采用电磁仿真软件和 传统理论结合的方法，在设计过程中利用仿真软件计
－３０ ｄＢ，缝隙间距取 ０．４６λｇ，缝隙数量为 １１０ 个，采用 副瓣电平为－３５ ｄＢ、等副瓣个数为 ８ 的泰勒分布。 缝 隙幅度分布如图 １ 所示。
收稿日期：２０１８⁃１１⁃０９；修回日期：２０１８⁃１２⁃０１ 作者简介：简玲，女，１９８０ 年生，高级工程师，硕士，研究方向：微波天线技术；石磊，男，１９８３ 年生，高级工程师，硕士，研究方向：微
波天线技术；陈晓鹏，男，１９８９ 年生，工程师，硕士，研究方向：微波天线技术。
— ３９ —
雷达与对抗 ２０１９ 年 第 １ 期
图 １ 缝隙幅度分布
假定线阵的末端吸收功率是已知的，则根据线源
的幅度分布和天线效率可以计算出不同缝隙对应的电
导分布。 缝隙电导与线源幅度分布的关系为［４］
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａｎ Ｘ⁃ｂａｎｄ ｌｏｗ ｓｉｄｅｌｏｂｅ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｓｌｏｔ ａｒｒａｙ ａｎｔｅｎｎａ
ＪＩＡＮ Ｌｉｎｇ， ＳＨＩ Ｌｅｉ， ＣＨＥＮ Ｘｉａｏ⁃ｐｅｎｇ （ Ｎｏ．７２４ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ ＣＳＩＣ， Ｎａｎｊｉｎｇ ２１１１５３） Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ａｎ Ｘ⁃ｂａｎｄ ｎａｒｒｏｗ⁃ｅｄｇｅ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｓｌｏｔ ａｒｒａｙ ａｎｔｅｎｎａ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ． Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｍｍｅｒ⁃ ｃｉａｌ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ， ｔｈｅ Ｓ２１ ｏｆ ｔｈｅ ｓｌｏｔｔｅｄ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｉｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ， ｔｈｅ ｃｏｎｄｕｃｔａｎｃｅ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｔｈｅ ｒａｄｉａｔｉｎｇ ｓｌｏｔ ｉｓ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ， ａｎｄ ｔｈｅ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｓｌｏｔ ａｒｒａｙ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｔａｙｌｏｒ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ． Ｔｈｅ ａｎｔｅｎｎａ ａｄｏｐｔｓ ｔｈｅ ｅｎｄ⁃ｆｅｄ ｃｏａｘｉａｌ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｂｕｉｌｔ⁃ｉｎ ａｂ⁃ ｓｏｒｐｔｉｏｎ ｌｏａｄ ｗｉｔｈ ｓｉｍｐｌｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｌｉｇｈｔ ｗｅｉｇｈｔ． Ｔｈｅ ｌｉｎｅ ｓｏｕｒｃｅ ｉｓ ｆｉｘｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｂａｃｋ ｓｃｒｅｗｓ， ａｎｄ ｔｈｅｒｅ ａｒｅ ｎｏ ｆｉｘｅｄ ｂｌｏｃｋｓ ｏｎ ｔｈｅ ｆｒｏｎｔ ｓｉｄｅ． Ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ＶＳＷＲ ｉｓ ｌｏｗｅｒ ｔｈａｎ １．２ ａｔ ｔｈｅ ｂａｎｄ⁃ ｗｉｄｔｈ ｏｆ ８％ ａｎｄ ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ＳＬＬ ｉｎ ｔｈｅ ａｚｉｍｕｔｈ ｐｌａｎｅ ｉｓ ｌｏｗｅｒ ｔｈａｎ －３２ ｄＢ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ： ａｒｒａｙ ａｎｔｅｎｎａ； ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｓｌｏｔ； ＶＳＷＲ ｓｉｄｅｌｏｂｅ

MATLAB阵列天线之切比雪夫低副瓣阵列设计

MATLAB阵列天线之切比雪夫低副瓣阵列设计

0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0;
20
­1,0,2,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0;
21
0,­3,0,4,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0;
22
1,0,­8,0,8,0,0,0,0,0,0,0,0,0;
% 主副瓣比(dB值) % 波长 % 单元间距 % 扫描角度，相对于阵列排布方向的夹角 % chebyshev多项式Tn(x) = cos(nu)= f(x)系数矩阵A % 系数矩阵A每一行表示n，从n = 0开始 % 列表示x的幂次方，从0次方开始
81
else
82 83 84
S_P = S_P + I(k)*cos(2*(k­1)*u);% 奇数 end end
85
S_P_abs = abs(S_P);
% 对S_P取绝对值
86
S_PdB = 20*log10(S_P_abs/max(S_P_abs)); % 对S_P取dB值
87
%% 绘图
88
4
% 2019.11.10
5
%­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­
6
%% 初始数据赋值
7
clear
8
clc
9
N = 13;
10
if rem(N,2)==0
11
M = N/2; else
12 13
69
I_final = [fliplr(I),I(2:end)];
70
end
71
sprintf('天线单元归一化电流幅度：')

X波段高增益低副瓣微带阵列天线仿真设计

X波段高增益低副瓣微带阵列天线仿真设计

X波段高增益低副瓣微带阵列天线仿真设计陈峰磊【摘要】天线作为通信、导航、雷达、电视、遥控遥测、航天成像等各种无线电系统中不可或缺的设备,其工作性能的好坏至关重要.相比于传统天线,微带天线不仅体积小,重量轻,低剖面,易共形,而且易集成,成本低,适合批量生产,此外还兼备电性能多样化等优势.首先阐述了低副瓣天线的理论方法[1],通过经典理论分析,得到初步参数,然后用三维电磁仿真软件HFSS进行了仿真,优化了贴片及馈电网络等各参数.采用对单元的同相不等幅电流分布馈电的方法设计出了16×16单元的高增益低副瓣微带阵列天线,大小为400mm×400mm×0.8mm.【期刊名称】《电子世界》【年(卷),期】2017(000)006【总页数】3页(P121-123)【关键词】X波段;微带阵列天线;高增益;低副瓣【作者】陈峰磊【作者单位】电子科技大学【正文语种】中文在高分辨合成孔径成像雷达系统中，为提高系统分辨率、降低SAR图像的模糊度，通常要求天线具有宽带、低副瓣的性能[2]。

而高波段SAR系统具有体积小、重量轻、对平台要求低等先天优势，因此高频段、高增益、低副瓣的平面阵列天线是高分辨SAR天线的重要发展方向之一[3]。

对于集中馈电的宽带高频段（X波段及以上频段）SAR阵列天线，常见的天线形式主要有两大类，一种是裂缝波导驻波阵，另一种是微带贴片阵。

前者的优势在于辐射效率高、中频副瓣容易控制，缺点是相对带宽窄、加工复杂，低副瓣指标的宽带性能较难实现。

微带贴片阵的优势在于低剖面、轻重量、易加工等方面，缺点是效率低、带宽窄、低副瓣设计困难。

本文设计了一种X波段16×16单元平面微带阵列天线，其辐射单元采用简易的插入式馈电结构，根据要求的副瓣和波瓣宽度参数，按照经典泰勒电流分布理论，采用串并结合的方式给各个单元进行馈电，实现共面馈电微带天线阵的低副瓣性能[4]。

根据项目的需要,本章将讨论中心频率为10GHz矩形微带线极化天线单元的设计。

一种毫米波低副瓣微带天线阵列的设计与仿真

ｍａ ｔ ｃ ｈ ａ ｎ ｄ ￣ｅ ｑ ｕ ｅ ｎｃ ｙ ｏ ｆ ｆ ｓ ｅ ｔ ，ｔ ｈ ｅ ｒ ｅｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｈｉ ｐ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｆ ｅ ｅ ｄ ｅ ｒ，ｔ ｈ ｅ ｉ ｎｐ ｕｔ ｉ ｍｐ ｅ ｄ ａ ｎｃ ｅ ａ ｎ ｄ ｒ ｅｓ ｏ ｎ ａ ｎ ｔ￣ｅ ｑ ｕｃ ｎｃ ｙ ｗａ ｓ ｄ ｅ ｔ ｅ ｒ ｍｉ ｎ ｅ ｄ，ａ ｎ ｄ ｗｉ ｄ ｔ ｈ ｏ ｆ ｆ ｅ ｅ ｄ ｅ ｒ
Ａｂｓ ｔ ｒ ａｃ ｔ ：Ｔｏ ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｅ ｓ ｉ ｄｅ － ｌ ｏ ｂ ｅ ｌ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｆ ａ ｍｉ ｌ ｌ ｉ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｗａ ｖ ｅ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｔ ｒ ｉ ｐ ａ ｎ ｔ ｅ ｎ ｎａ ａ ｒ ｒ ａ ｙ，ａ ｋｉ ｎ ｄ ｏ ｆ ｃ ｏ ｎｅ ｒ ｒ ｆ ｅ ｅ ｄｉ ｎｇ ｓ ｑ ｕａ ｒ ｅ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｔ ｒ ｉ ｐ ａ ｎ ｔ ｅ ｎ ｎ ａ ｗａ ｓ
阻 抗 变 换 段 与传 输 线 之 间 存 在 不 连 续 而 导 致 阻抗 失 配 和 设 计 频 率 偏 移 这 一 突 出 问 题 的 基 础 上 ， 确 定 了馈 线 与 输入阻抗 、 谐 振 频 率 的关 系 ， 利用 Ｈ Ｆ Ｓ Ｓ 软 件优 化 馈 线 和 阻 抗 变 换 段 的 宽度 ， 实 现 了阻 抗 匹 配 和 天 线 谐 振 频 率 的 调 整 。仿 真 表 明 ， 设 计 的 ６×１ ０元 谐 振 式 角 馈 方 形 微 带 阵 列 是 一 种 低 造 价 、 实 用 性 强 的 低 副 瓣 电 平 毫 米 波
ａ ｎ ｄ ｉ ｍｐ ｅ ｄ ａ ｎ ｃ ｅ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ ｗａ ｓ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ｅ ｄ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ＨＦ Ｓ Ｓ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗ ａ ｒ ｅ ． Ａｔ ｌ ａ ｓ ｔ ，ｉ ｍｐ ｅ ｄ ａ ｎ ｃ ｅ ｍａ ｔ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ ｗａ ｓ ｒ ｅ ａ ｌ ｉ ｚ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｒ ｅ ｓ ｏ ｎ ａ ｎ ｔ ￣ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ ｗａ ｓ ａ ｄ ｊ ｕ ｓ —

5.8GHz串馈低副瓣双极化微带天线阵设计

5.8GHz串馈低副瓣双极化微带天线阵设计
冯理;李树
【期刊名称】《桂林电子科技大学学报》
【年(卷),期】2011(031)001
【摘要】采用串联馈电方式设计了一种工作于5.8 GHz低副瓣八元微带天线阵,该天线易于制作,具有双线极化、高增益、窄波束特性,仿真旁瓣电平为-18 dB,实测垂直极化端口S11<-10 dB的带宽是5.5～6.5 GHz,水平极化端口S22<-10 dB的带宽是5.7～6.6 GHz,能较好地满足ISM频段无线通信系统的要求.
【总页数】5页(P9-12,40)
【作者】冯理;李树
【作者单位】桂林电子科技大学,信息与通信学院,广西,桂林,541004;桂林电子科技大学,信息与通信学院,广西,桂林,541004
【正文语种】中文
【中图分类】TN82
【相关文献】
1.低副瓣串馈微带天线阵设计 [J], 傅亦源;柴舜连;毛钧杰
2.矩形微带串馈天线阵的设计与分析 [J], 王安康;杨林;栗曦
3.低副瓣边馈微带天线阵列设计 [J], 徐锋
4.并行角馈双极化微带天线阵的分析与设计 [J], 高式昌;钟顺时
5.一种串馈微带平面天线阵列的设计 [J], 张闻涛
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新型微带阵列天线设计

一种新型微带阵列天线摘要：通过对微带驻波阵天线的分析研究，提出了一种新型微带驻波阵列天线。

用Ansoft HFSS仿真软件设计了一个16×6毫米波段低副瓣平面阵列微带驻波阵天线。

已运用在工程项目，其实测E面和H面副瓣均低于-20dB。

关键词：驻波阵，天线，低副瓣A New Kind of The Microstrip Antenna ArrayAbstrac：A novel microstrip standing wave antenna array is proposed. A 16×6 low side lobe millimeter wave band microsrip antenna array is designed using Ansoft HFSS. The array has already been applied in the practical engineering，and both its measured E-plane and H-plane side lobe are below –20dB.Keyword：Standing wave array; Antenna; Low side lobe1 引言微带天线的馈电网络一般分为并馈和串馈两种形式。

并馈网络一般是由多级简单型的一分二功分器组成，传输线比较长，在毫米波段，微带传输线的传输损耗比较大，而且功分网络的切角，拐弯等不规则的点比较多，这些不规则点都会产生一定量的辐射，干涉天线的方向图，使得天线副瓣升高。

而串馈网络，传输线比较短，不规则点少，更容易减少传输损耗和降低馈线辐射对天线方向图的影响。

串馈天线一般分两种，第一种是在天线单元阻抗上进行变换[1]，以得到低副瓣方向图需要的电流分布，第二种是在传输线上进行变换[2]，以得到低副瓣方向图需要的电流分布。

第一种方法，单元数量多时，阻抗变换线太细，不能保证加工精度。

具备阻抗和低副瓣宽带特性的脊波导缝隙阵列天线设计

具备阻抗和低副瓣宽带特性的脊波导缝隙阵列天线设计
脊波导缝隙阵列天线是一种重要的微带阵列天线设计技术。

其特点在于通过在微带上形成等间距的缝隙，从而形成电磁模式的相互作用，提高了天线的收发性能。

在设计脊波导缝隙阵列天线时，需要注意阻抗匹配和低副瓣宽带特性，以保证天线的稳定工作。

首先，在阻抗匹配方面，设计者需要考虑天线与馈线之间的阻抗匹配问题。

由于微带天线的特性，其阻抗与其几何结构紧密相关。

因此，设计者可以通过调整缝隙的间距、宽度以及长度等设计参数，来实现阻抗匹配。

同时，也可以采用匹配网络等技术，进一步优化天线的阻抗特性。

其次，在低副瓣宽带特性方面，脊波导缝隙阵列天线的设计需要兼顾多种因素的影响。

其中，天线的发射功率分布、阵列间距、缝隙长度和宽度以及天线的材料等因素都会对天线的低副瓣宽带特性产生影响。

因此，设计者需要根据实际应用场景，综合考虑这些因素，采用适当的设计参数来达到预期的低副瓣特性。

在实际设计中，更为关键的是，需要采用先进的数值仿真工具来验证天线的设计方案。

近年来，数值仿真技术不断发展，可以在短时间内快速准确地模拟天线的性能。

因此，设计者可以采用专业的数值仿真软件，如CST Studio Suite等，来验证天线设计的阻抗匹配和低副瓣特性，从而为实际制作提供指导。

综上所述，设计具备阻抗和低副瓣宽带特性的脊波导缝隙阵列
天线需要充分考虑多种设计因素，采用适当的设计参数，并借助先进的数值仿真工具进行验证。

这有助于提高天线的收发性能，满足实际需求。

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构 ,将线阵等效成匹配负载 , 在端口 1 ～端口 5 接 匹配负载 。这样各端口上得到的电流分布就是各 线阵的输入电流 。图 7 、 图 8 是模拟得到的各个端 口上电流幅度 、 相位分布 。表 2 中给出了中心频率 上各端口的归一化输入电流分布 。从表 2 中可以 看出电流幅度与设计值吻合的较好 ,相位也基本达 到同相 。
总第 140 期 舰船电子工程 Vol. 24 No. 2 2004 年第 2 期 Ship Electronic Engineering 77
低副瓣串馈微带天线阵设计
傅亦源 柴舜连 毛钧杰
( 长沙国防科学技术大学 长沙 410073)
Y n2 = Y n
1
3 FD TD 模拟结果
本文中设计了一个 10 × 10 的微带天线阵 。其
E 面、 H 面副瓣电平分别为 - 15dB 和 - 25dB 。根
( 4)
据 E 面、 H 面副瓣电平要求 , 电流分布采用 10 元 副瓣电平 - 25dB 的均匀离散泰勒分布形式 。叠代 ( 12) 、 ( 13) 式计算得到各变换段特性导纳 。再根据 变换段特性导纳计算变换段宽度 。
1 1
图8 面阵馈线各端口电流相位分布 表2 中心频率上面阵各端口归一化输入电流分布
1 2 0. 88 0. 88 3 0. 69 0. 69 4 0. 49 0. 49 5 0. 37 0. 37
电流相位 127. 93° 130. 71° 128. 09° 126. 07° 125. 02°
第 n 元左侧变换段的导纳为 :
Y n 1 = Y S + Y ( n +1 ) 4 ( 2)
第 n 元左侧变换段上反射系数为 :
Γn1 = ( Y n - Y S - Y ( n +1) 4 ) / ( Y n + YS + Y ( n +1) 4 )
( 3)
根据无耗传输线理论 , 经过四分之一波长阻抗 变换段之后 , 可以得到变换段与传输线交界点右侧 反射系数为 : Γn2 = e - 2γ4λg Γn1 = - Γn1 以及变换段上电流和导纳分别是 : 1 +Γn1 I n2 = j I n1 1 - Γn1
Fu Yiyuan Cai Shunlian Mao Junjie ( National University of Defence Technoligy ,Changsha 410073) Abstract : The feasibility of reducing t he side lobe level ( SLL ) of series - fed microstrip arrays using quarter - wavelengt h transformer is studied by applying t he transmission line t heory , and t he relationship between each element ’ s current and t he char2 acteristic admittance of each quarter - wavelengt h transformer is presented. Also t he result is validated by t he FD TD and t he result of t he experiment . Key words :microstrip arrays ; low - side lobe Class number : TN911
Y 0 - Y n3 Y 0 - Y n3 天线设计周期 、 降低设计 成本 。我们在设计天线时 , 先用 FD TD 方法进行 模拟 。 首先设计线阵 。在设计线阵时 ,以第一阵元上 输入电流幅度为基准进行归一化 。因此对第一阵 元加权与否结果是一样的 。为了简化设计 ,我们没 有对第一阵元进行加权 。对于单个线阵仅需要 8 段四分之一波长变换段 。 利用 FD TD 方法对单个贴片进行模拟 。由于 在微带线与变换段 、 变换段与贴片之间存在不连续 性 ,变换段的物理长度小于四分之一波长 。通过对 单个贴片的模拟 ,调整变换段长度使其电长度等于 四分之一波长 , 同时调整贴片长度使其达到谐振 。 当各个贴片处于谐振状态时 ,可以等效为一个谐振 器 。根据谐振器理论 ,谐振器可以等效为电容与电 抗的并联电路 , 因此如果在谐振器上外接电纳 , 势 必改变谐振器的谐振频率 。由于各变换段的宽度 不相等 ,其与贴片的不连续性也不相等 , 由此产生 的电抗也不相等 , 因此为了有相同的谐振频率 , 各 贴片长度也不相等 。将调整好的各贴片依次连接 ,
用的有传输线模型 、 空腔模型 、 矩量法 、 有限元法及 时域有限差分法 。对于矩形贴片微带天线阵 ,在实 际工程应用中可以用传输线理论分析 。当阵中各 辐射元上的电流幅度从阵中到边缘递减分布时 ,会 导致主瓣展宽而副瓣降低 ,并且振幅分布递减得愈 快 ,主瓣展宽愈多 , 副瓣电平下降愈甚 。因此我们 可以找到一种在主瓣宽度和副瓣电平间取折衷的 电流幅度分布 。对于微带串馈天线阵 ,可以通过用 四分之一阻抗变换段加权的方法来实现电流幅度 分布的改变 。图 1 是加权后的串馈微带天线线阵 结构示意图 。
理论值 归一化 电流幅度
1 1
电流相位 - 5. 77° - 6. 88° - 7. 01° - 7. 46° - 5. 69°
4 实验结果及分析
通过 FD TD 模拟 , 面阵电流分布达到了设计 要求 。在此基础上 ,我们测量了图 9 中面阵的方向 图 。图 10 、 图 11 分别是 E 面方向图和 H 面方向 图。
1 +Γn3 1 - Γn3
YS Y n4
并且 I ( n - 1) 与 I n4 有如下关系 :
I ( n - 1) = I n4 ( 11 )
最终我们可以得到 :
2004 年第 2 期 舰 船 电 子 工 程 79
通过调整传输线的长度 ,使各个贴片上入射电流保 持同相 。图 3 是调整好的线阵 。从图 3 中我们可 以看到 ,为了使馈电点两侧的电流保持同相 , 必须 1 在一侧加长度为 λg 的馈线 , 因此线阵不是均匀 2 阵 。图 5 、 图 6 是模拟得到的电流幅度 、 相位分布 。 表 1 中是中心频率上各阵元归一化电流分布 。
设计面阵设计时 ,我们采用上面的线阵 。为了 分析方便 ,我们用线阵馈电点处看入的输入导纳代 替线阵 。因此 ,可以在面阵主馈线与线阵连接处加 四分之一波长变换段以改变面阵主馈线上的电流 分布 。在设计中我们仍然采用上面的电流分布形 ( 13 ) 式计算变换段特性导纳 。 式 ,依次迭代 ( 12 ) 、 同样地 ,由于不连续 , 变换段实际长度比四分之一 波长要短 。各变换段实际长度必须通过计算 、 模拟 得到 。由于面阵电尺寸比较大 , 如果用 FD TD 对 其进行完全模拟需要较长的时间 ,精度也不高 。考 虑到线阵匹配较好 , 我们只需模拟图 6 中等效结
Ξ
摘 要 : 应用传输线模型分析了加四分之一阻抗变换段降低串馈微带阵副瓣电平的可行性 ,得到了贴片输入电流幅度 与变换段特性导纳之间的关系 ,用 FD TD 方法及实验结果对上述加权方法进行了验证 。 关键词 : 微带天线阵 ; 低副瓣 中图分类号 : TN911
Designing of Low - Side Lobe Series Fed Microstrip Arrays
再经过特性阻抗为 Y 0 、 长度为四分之三波长 的传输线后 , 得到第 n - 1 元右侧反射系数 、 电流以 及向末端看去的导纳为 : Γn4 = e - 2γ4λg Γn3 = - Γn3
I n4 = - j I n3 Y n4 = Y 0
3
( 8) ( 9) ( 10 )
1 +Γn3 1 - Γn3
傅亦源等 : 低副瓣串馈微带天线阵设计 总第 140 期 80
面电流幅度分布相同 ,但是副瓣电平却有 10dB 的 差别 ,其原因是线阵是非均匀阵 , E 面电流分布不 再是泰勒分布了 。
1 引言
微带天线具有体积小 、 重量轻 、 低剖面 、 电性能 多样化 、 制作简单等优点 , 因此它有很广泛的应用 [1 ] 前景 。但是对于任何一种应用 , 副瓣电平都是 一个很重要的性能参数 。均匀阵的副瓣电平只能 达到 13. 2dB , 这在一些实际应用中是不够的 。从 天线阵方向图计算公式可以看出 ,为了进一步降低 微带天线阵副瓣电平 ,可以通过改变各辐射元上电 流相位和幅度分布来实现[ 2 ] 。但是对于辐射元位 置固定的串馈微带天线阵而言 ,只能通过锥削电流 幅度来实现降低副瓣电平的目的 。本文中 ,我们用 加阻抗变换段的方法降低串馈微带天线阵的副瓣 电平 [ 3 ] 。经过 FD TD 方法模拟以及实验 , 我们可 以看到利用加权的方法可以有效降低天线阵的副 瓣电平 。
FD TD 方法在天线设计中有广泛的应用 。利
( 5) ( 6)
1 - Γn2 1 +Γn1 = Yn 1 +Γn2 1 - Γn1
根据基尔霍夫电流定理可以得到变换段与传 输线交界点左侧传输线上电流 I n3 = I n2 。 并且可以 得到变换段与传输线交界点左侧向末端看去的导 纳 Y n3 = Y n2 。 根据反射系数计算公式得到变换段与传输线 交界点左侧的反射系数为 : Γn3 =
图1 加权串馈线阵结构示意图
2 理论分析及公式推导
目前可以用于分析微带天线的方法很多 。常
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利用传输线模型分析微带天线 ,将加权后的线 阵等效为图 2 中的电路形式 。考虑到各阵元为同 相辐射 ,因此各阵元间距为 λ g 。贴片的输入导纳 为 Y S ,传输线的特性导纳为 Y 0 , 第 n 元变换段 的特性导纳为 Y n 。 假设第 n 元的输入电流为 I n , 从第 n 元右侧