简论一种x波段波导缝隙天线的设计与仿真

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1、简论一种X波段波导缝隙天线的设计与仿真　摘要:给出了波导缝隙天线设计步骤,设计一种X波段波导缝隙天线,计算了天线口径、波导数量、缝隙的单元数量、宽度、位置等参数,设计半高波导宽臂耦合谐振缝魔T和差器,在此基础上完成了天线设计。仿真结果表明,当中心频率为12GHz时,和波束增益为28.9dB,第一副瓣电平为-22.2dB,所设计的天线形式可获得较好的和、差波束方向图、电压驻波比和增益等参数。　　关键词:波导缝隙天线;低副瓣;辐射缝隙;和差器　　　　　DesignandSimulationofber,couplingre

2、sonantaperturemagicTparatorulationresultsindicatethatgainofthesumbeamis28.9dBandthefirstsidelobeis-22.2dBat12GHz.Theantennacanattaingoodparameterssuchassumandsubtractpattern,voltagestand=0FmJ0(μmp)[J0(μmπ)]2,p=πρaa　　(8)　　式中:　　F(m)=1,m=0　　-J0(μmπ)∏n-1n=11-μmz

3、n2∏n-1n=1(n≠m)1-μmμn2,1≤m≤n-1;　　μm为J1(πx)的第m个根;zn=±σ[A2+(n-05)2]1/2。　一旦阵面的口径场分布曲线确定,阵面上各缝隙的电导值也就确定了。平板缝隙阵主要通过控制阵面上各缝隙的电导值来实现对阵面场分布特性的控制。　　1.4辐射缝隙参数确定　　为使每根辐射波导与自由空间良好匹配,应使∑nj=1Gij=C。其中,Gij表示第i根波导上第j条缝隙的电导值。可根据对阵面上各缝隙所要求的场强值求其归一化电导值:　　Gij=2f2ij

4、/∑nj=1f2ij　　(9)　　式中:fij是由给定的口径场分布曲线求出的第i根波导上第j条缝隙所对应的场强值。对于纵向并联缝隙,等效电导为:　　g(x)=2.09abλgλcos2πλ2λgsin2πxa　　(10)　　式中:a,b为波导宽、窄边尺寸;λ为工作波长;x为缝隙中心与波导中心线之间的距离。对于给定的a和b,当工作波长确定后,可计算缝隙的等效电导g与横向偏移量x的关系。因此,可根据对各缝隙所要求的电导值求出偏离波导中心线的距离,从而确定缝隙的横向位置。图1是计算缝隙偏置的流程图。　图

5、1计算所有缝隙偏置的流程图　　1.5馈电波导设计　　馈电波导在辐射波导背面并与之正交,采用宽壁中心倾斜串联缝隙,互耦影响小。相邻馈电缝隙的偏角交错相反。为实现同相馈电,缝隙间距取　　λ′g/2。为保证波导与缝隙匹配,在距最末一条缝隙λ′g/2处短路。　　为保证各馈电缝隙落在阵面上各波导中心,令馈电波导的波导波长为阵面上辐射波导宽边外尺寸的2倍,即λ′g=2(a+2t)。　　为形成单脉冲天线波束,采用4根独立的馈电波导分别对子阵馈电。　　根据阵面上各波导所需的能量分配关系,确定功率分配系数。对于第j根波导,功率

6、分配系数为Cj=∑ni=1f2i,其中,fi表示第j根波导上第i条缝隙的相对场强。根据功率分配系数Cj,确定对应的缝隙等效电阻rj:　　rj=Cj∑Mj=1Cj=∑Ni=1f2i∑Mj=1(∑Ni=1f2i)　　(11)　　　　在波导尺寸和工作波长给定后,可计算缝隙电阻对应的偏角[5]。　　1.6和差器设计　　和差网络可以是波导结构,也可以是带线结构。波导型和差网络由波导魔T组成,插损一般小于1.0dB,隔离优于30dB。带线和差网络由分支线定向耦合器、λ混合环等构成,插损一般为1.0~1.5dB

7、,隔离约20dB。　　为使波导魔T端口匹配,四个支臂的交接处要安装匹配装置,如金属膜片、圆杆,选择尺寸、位置,使反射波与接头处不连续性造成的反射波抵消,实现匹配。在弹载、星载情况下,对体积、重量要求高,一般采用折叠魔T。　　折叠魔T匹配调谐困难,且调谐部分结构较复杂,加工要求高。耦合谐振波导魔T利用波导宽臂上开的耦合谐振缝实现E臂功能,简化了结构,以便有利于加工。当TE10主模从E臂输入时,耦合缝切割E臂波导的内表面电流,形成小的辐射口径面,将E臂中的能量耦合到下面的波导中。由于耦合缝位于H臂中轴线,不能在H臂中

8、激励起TE10模,从而实现E,H两臂隔离。　　宽臂耦合谐振缝魔T在结构、加工、调匹配等方面具有优势,且隔离度、功率平分性、匹配性能与折叠魔T相当,具有应用优势[6-7]。　　2天线参数计算　　设中心频率为12GHz,标准波导BJ-120内边尺寸为1905mm×952mm。为压缩体积,使用半高波导,这样辐射波导尺寸为1905mm×47