基于車(chē)載雷達系統的波導縫隙天線(xiàn)方案設計

O 引言

　　波導縫隙天線(xiàn)自上世紀中葉以來(lái)有了很大的發(fā)展，廣泛用于地面、艦載、機載、導航等各個(gè)領(lǐng)域。由于縫隙陣列天線(xiàn)對天線(xiàn)口徑面內的幅度分布容易控制，口徑面利用率高，體積小，易于實(shí)現低或極低副瓣等特點(diǎn)，因而使其獲得廣泛使用。在波導縫隙天線(xiàn)的研究方面，許多學(xué)者對縫隙天線(xiàn)理論和實(shí)驗進(jìn)行了大量基礎性的研究工作，因而波導縫隙天線(xiàn)的理論越來(lái)越成熟。本文所設計的就是基于車(chē)載雷達系統應用的一種小型波導縫隙天線(xiàn)。該天線(xiàn)要求在水平面內具有寬波束的特點(diǎn)，能夠覆蓋比較寬的范圍，從而更有效地提高車(chē)輛的戰場(chǎng)生存能力。天線(xiàn)需要滿(mǎn)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。

　　為簡(jiǎn)化設計起見(jiàn)，本設計采用波導寬壁斜縫諧振陣的方式，切割的縫隙數為4個(gè)，達到了指標要求的效果。

　　1 理論分析

　　1.1 串聯(lián)縫隙陣的模型

　　由波導內的場(chǎng)分布情況可知：當波導寬邊中心開(kāi)斜縫時(shí)，窄縫在縱向不切割電流線(xiàn);在縫的橫向由于對電場(chǎng)的擾動(dòng)，使得總電場(chǎng)在縫的兩側發(fā)生跳變，即電壓跳變，故相當于在傳輸線(xiàn)上串聯(lián)了一個(gè)阻抗。對中心饋電的諧振線(xiàn)陣模型來(lái)說(shuō)，假設波導壁上開(kāi)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(xiàn)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 縫隙特性參數的分析

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

　　其中An為激勵的幅度，θ為觀(guān)察方向與直線(xiàn)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(jiǎn)化為：

　　當u=2mπ，m=O，±1，…時(shí)，S取最大值，且m=0時(shí)為主瓣。為了實(shí)現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(xiàn)源分布加權各縫隙，兩邊呈對稱(chēng)分布，其方向圖零點(diǎn)位置由下式?jīng)Q定：

　　將后一項按多項式展開(kāi)，Z的各次冪系數即為相對應的激勵幅度。

　　由圖2，當波導采用中心饋電并處于諧振的時(shí)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(gè)縫隙的激勵幅度代入即可求得相應的歸一化電阻值，在本設計中N取4。

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

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