平板端射天線(xiàn)陣饋電特性的研究

1引言

陣列天線(xiàn)在現今的通信、雷達等領(lǐng)域有著(zhù)廣泛的應用，在實(shí)際工作中，陣列天線(xiàn)的每一個(gè)天線(xiàn)單元都是開(kāi)放型電路，各單元之間并不是完全隔離的而是存在著(zhù)互耦。互耦是天線(xiàn)陣，尤其是小間距天線(xiàn)陣和大型天線(xiàn)陣天線(xiàn)綜合中的一個(gè)關(guān)鍵性問(wèn)題，對設備的系統性的優(yōu)劣具有決定性作用。互耦問(wèn)題的存在會(huì )影響天線(xiàn)的輻射性能。一般來(lái)說(shuō)，互耦使饋入某一天線(xiàn)能量的一部分被其他天線(xiàn)單元所吸收，因而整個(gè)陣列天線(xiàn)系統輻射性能就會(huì )下降。因此人們一直在尋找去除耦合的有效途徑，如增大單元間距，或者改變陣列的結構形式等方法。然而互耦作為一種物理現象是不可能完全消除的，它或多或少地存在于天線(xiàn)單元之間，因此有必要弄清互耦對陣列天線(xiàn)饋電特性的影響，從而為抑制或補償單元在陣列中的互偶效應奠定理論和實(shí)驗的基礎。

現階段，國內外對于陣列天線(xiàn)的互耦研究一般以微帶陣，喇叭陣，側射陣和算法居多，在端射天線(xiàn)陣的互耦方面，很少見(jiàn)到公開(kāi)報道。

本文通過(guò)軟件仿真，研究了互耦對端射天線(xiàn)陣列饋電特性的影響，并對實(shí)際工作的平板端射天線(xiàn)陣的每一單元逐個(gè)測試，對比仿真和實(shí)測的結果，驗證了仿真情況下獲得的饋電特性和阻抗特性的變化規律。

2計算仿真

圖1所示是仿真系統下建立的一個(gè)平板端射天線(xiàn)單元的模型。

圖1單個(gè)平板端射天線(xiàn)模型

該天線(xiàn)采用的是同軸線(xiàn)饋電的方式，工作頻點(diǎn)為3Ghz，設置的仿真頻段范圍是2.5~3.5Ghz，邊界條件設置為自由空間。通過(guò)運算后，得到s11幅度及相位的數據，駐波比曲線(xiàn)，輸入阻抗曲線(xiàn)，三維方向圖和增益依次如下所示。

圖21單元仿真vswr結果圖

圖31單元仿真輸入阻抗圓圖結果圖

圖41單元仿真三維方向圖及增益結果圖

由仿真可知，3Ghz處的s11幅度為-5.16dB，相位是79.37°，駐波比為3.46，輸入阻抗為32.1+50.2j，增益為14.62dB。

接下來(lái)的仿真實(shí)驗就是針對陣列的耦合影響所做的從軸向、橫向以及小陣的不同角度進(jìn)行仿真分析。首先把軸向仿真的結果繪制成表格，如下所示，其中2a代表的是前面放置1單元的2元組陣形式，2b代表的是后面放置1單元的2元組陣形式，8a代表的是前面放置4單元，后面放置3單元的8元組陣形式，8b代表的是前面放置3單元，后面放置4單元的組陣形式。

表1軸向排列陣列仿真結果匯總表

縱觀(guān)整張表格，我們可以發(fā)現這樣幾處特點(diǎn)：第一，處于陣列中的陣單元受耦合影響是顯然存在的，其中對于s11幅度，駐波比，和增益的影響最大，單元數少時(shí)，輸入阻抗變化明顯，但單元數增多后，輸入阻抗變化較小了；第二，同樣是2元的陣列時(shí)，位于被測天線(xiàn)前的單元對主元有遮擋效應，位于后方的單元對主元有反射效應，但是即使只有反射效應的時(shí)候，增益比獨立的單元還是低了0.33dB，說(shuō)明耦合對陣中單元的影響是會(huì )降低增益的；第三，當單元數逐漸增大后，被測單元的各項指標已趨于穩定，說(shuō)明相隔較遠的陣元對被測單元的耦合影響逐漸減弱，相隔一個(gè)以上單元位置的耦合影響可以忽略不計?？偟膩?lái)說(shuō)，軸向的耦合影響使被測單元增益降低了約2dB。