雙極化開(kāi)槽天線(xiàn)陣列駐波畸點(diǎn)的研究

1 引言

雷達、電子戰、通信系統融合在一起，形成一體化的綜合電子信息系統已成為現代電子戰裝備發(fā)展的主流方向，其構成的基礎即是超寬頻帶、多功能有源相控陣天線(xiàn)。此相控陣天線(xiàn)的輻射面應具有寬頻帶、波束寬角電掃描、多極化功能。

漸張開(kāi)槽天線(xiàn)良好的寬帶寬角掃描特性使其廣泛用于超寬帶、寬角掃描雙極化相控陣天線(xiàn)。但是開(kāi)槽天線(xiàn)在大角度掃描時(shí)（±45°，尤其是H面），諧振造成的駐波畸點(diǎn)限制了帶寬。漸張開(kāi)槽天線(xiàn)單元和其組成的雙極化陣列如圖1（a）上和圖1（b）所示。漸張開(kāi)槽天線(xiàn)單元由介質(zhì)和刻蝕在其雙表面的鰭狀開(kāi)槽金屬組成，在兩層介質(zhì)的中間是饋線(xiàn)，雙極化陣列互相垂直的單元交疊部分為方形金屬柱。如果去掉所有x方向或者y方向的單元，則為單極化天線(xiàn)陣列。

圖1（a）開(kāi)槽天線(xiàn)單元及加金屬過(guò)孔單元示意圖

（b）雙極化陣列示意圖

在大角度掃描時(shí)，單極化和雙極化陣列單元都會(huì )由于諧振出現駐波畸點(diǎn)。本文研究了單極化和雙極化天線(xiàn)陣中單元駐波畸點(diǎn)形成原因，并提出了抑制諧振、消除駐波畸點(diǎn)的方法。

2諧振研究

雙極化陣列的諧振由介質(zhì)組成的方形腔體造成。計算此立方體諧振腔的諧振頻率時(shí)，把立方體前表面（位于天線(xiàn)陣表面）假設為理想磁導體，其他五個(gè)面為理想電導體，介質(zhì)中微帶線(xiàn)和扇形饋電末端忽略不記。

仿真得到雙極化陣列單元分別在不掃描、E面45°和H面45°掃描時(shí)的駐波曲線(xiàn)（如圖3）。從圖中可得，在H面45°掃描時(shí)會(huì )出現駐波畸點(diǎn)，分別發(fā)生在3.88GHz、4.83GHz、4.92GHz、5.71GHz和6.02GHz。掃描角度改變?yōu)?0°時(shí)，5.71GHz處的駐波消失，但在3.91GHz、4.82GHz、5.02GHz和5.99GHz（分別非常接近于3.88GHz、4.83GHz、4.92GHz和6.02GHz）駐波仍然出現。這表明，這些諧振并不依賴(lài)于陣列相位。

因為介質(zhì)與方形腔體之間有大片金屬的存在，介質(zhì)區域可以構成諧振腔結構，所以以上沒(méi)有消失的駐波畸點(diǎn)很可能是由單元內介質(zhì)區域造成的。對于介質(zhì)區域，因為其體積比腔體小得多，所以不能簡(jiǎn)單的把鰭狀金屬看作理想方形電導體。而且介質(zhì)中存在饋電微帶線(xiàn)和扇形饋電末端，也不能忽略它們的電流。但是，可以把介質(zhì)區域看作一個(gè)諧振腔，因為它除了前開(kāi)口端（天線(xiàn)陣表面）外，其他的面大部分是金屬。只是由于其結構復雜，很難用數值方法計算其諧振頻率。

圖2雙極化陣列單元三種情況下的駐波。不掃描
（BS），E面45度E45）和H面度（H45）

圖3雙極化陣列單元H面30度的駐波