一種小型四元線(xiàn)陣天線(xiàn)的實(shí)現

引言

　　波導縫隙天線(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。

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

　　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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