一種寬頻帶微帶陣列天線(xiàn)

1引言

微帶天線(xiàn)以其重量輕、剖面低、制作簡(jiǎn)單、性能穩定等諸多優(yōu)點(diǎn)，在通訊和雷達等領(lǐng)域得到了廣泛的應用。隨著(zhù)微帶天線(xiàn)應用領(lǐng)域的擴大，人們對通訊及雷達等系統適應復雜環(huán)境的要求也越來(lái)越高。而微帶天線(xiàn)的傳輸線(xiàn)及輻射單元都是直接與外界接觸的，給天線(xiàn)的防腐、防濕等帶來(lái)了困難，盡管有的天線(xiàn)加裝了天線(xiàn)罩，但因天線(xiàn)罩獨立于天線(xiàn)，破壞了天線(xiàn)的整體性、降低了天線(xiàn)的電氣性能，而且密封性能也不好，本來(lái)簡(jiǎn)潔、輕便的微帶天線(xiàn)變得比較笨重，隨著(zhù)電磁環(huán)境的日益復雜，對通訊及雷達等系統的電磁兼容要求也越來(lái)越高，其中工作帶寬的要求已遠遠超過(guò)了傳統的微帶天線(xiàn)的帶寬特性。為了適應這些要求,微波領(lǐng)域的工作者發(fā)明創(chuàng )造了很多形式的微帶天線(xiàn)，從理論上詳細分析了一種頻帶比較寬，同時(shí)把天線(xiàn)罩作為天線(xiàn)的一部分集成在一起的，具有良好密閉性能的微帶天線(xiàn)形式。本文介紹在此理論基礎上設計的一種寬頻帶微帶陣列天線(xiàn)。

2輻射單元設計

一般的微帶天線(xiàn)單元，由于受微帶板子厚度的限制，其相對帶寬僅為1%左右，要展寬其帶寬一是增加微帶板子的厚度，二是采用多層結構，還有使用匹配網(wǎng)絡(luò )等方法來(lái)展寬微帶貼片的駐波帶寬。在微帶傳輸線(xiàn)正對的或附近的地板上腐蝕與帶線(xiàn)正交的或傾斜的縫隙能夠形成較寬帶寬的輻射天線(xiàn)，其雙向輻射特性可以通過(guò)給一邊適當的位置加金屬板的的方法來(lái)解決，為了使天線(xiàn)罩與天線(xiàn)成為一個(gè)整體，在微帶線(xiàn)的另一邊適當的位置加一適當強度、適當厚度的介質(zhì)材料，但不像介紹的那樣帶上金屬貼片，作為天線(xiàn)罩，在單元的格林函數中計入包括3層空氣在內的總共5層介質(zhì)的影響，設計各層的厚度、間距以及縫隙的參數等等，使微帶天線(xiàn)單元的駐波比帶寬達到指標要求，其結構示意圖見(jiàn)圖6。圖1、2分別為單元輸入電壓駐波比的理論和實(shí)測曲線(xiàn)。

圖1輻射單元VSWR理論值

圖2輻射單元VSWR實(shí)測值

3陣列設計

天線(xiàn)的帶寬要求比較寬，同時(shí)天線(xiàn)的電尺寸相對不是很大，根據尺寸、波束及增益相互限制關(guān)系，天線(xiàn)單元之間的間距橫向選為0.65λ，縱向選為0.7λ，天線(xiàn)為8×16的陣列，天線(xiàn)饋電網(wǎng)絡(luò )為并行功分網(wǎng)絡(luò )。網(wǎng)絡(luò )中的關(guān)鍵器件二分功分器，普遍的設計是選擇Wilkinson隔離型功分器，但其成本較高，制作過(guò)程工序增加，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )設計及分析計算（輸入電壓駐波比的分析結果見(jiàn)圖3），對于本天線(xiàn)而言采用不帶隔離的功分器完全能夠滿(mǎn)足技術(shù)要求，天線(xiàn)方向圖根據以下公式計算。

圖3輻射單元完全匹配條件下，理論計算的
天線(xiàn)陣列端口VSWR

圖4實(shí)際輻射單元條件下，實(shí)測的天線(xiàn)陣列端口VSWR