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
Design and Siulatin f aveguide Aperture Antenna rking in X-band
LI Ga-sheng, LU Zhng-ha, LIU Feng, HE Jian-gu
(llege f Eletrni Siene and Engineering, Natinal University f Defense Tehnlgy, hangsha 410073, hina)
Abstrat: The predures fr designing a aveguide aperture antenna are presented. A aveguide aperture antenna rking in X-band is designed. The aperture f antenna, nuber f aveguide, and paraeters f aperture inluding nuber, idth and latin are alulated. A ide-ar upling resnant aperture agi T paratr ith half-hEight aveguide is designed, based n hih the design f the antenna is finished. Siulatin results indiate that gain f the su bea is 28.9 dB and the first side lbe is -22.2 dB at 12 GHz. The antenna an attain gd paraeters suh as su and subtrat pattern, vltage stand ave rati and gain.
Keyrds: aveguide aperture antenna; l side lbe; radiatin slt; paratr
0 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:
η=10-R010
(1)
选择泰勒圆口径分布,波束宽度因子为:
β0=(arh η)2-arhη22
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n有关[1]:
σ=μnA2+(n-0.5)2
式中:A=arsh η/π;μn为第一类一阶贝塞尔函数的第 n个根。天线的波束宽度为:
2θ0.5=σβ0λD
(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。
1.2 阵面缝隙单元数计算
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:
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