柱面共形裂縫陣天線的設(shè)計(jì)與仿真 (一)
1 前言
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201809/388427.htm波導(dǎo)裂縫陣天線容易控制口徑面上的幅度分布和相位分布,口徑面的利用效率高,體積小,剖面低,重量輕,在雷達(dá)和微波通信系統(tǒng)中獲得了廣泛的應(yīng)用。但越來(lái)越多的要求需要天線與平臺(tái)載體共形,這就對(duì)裂縫陣天線提出了更高的要求。柱面共形陣中需補(bǔ)償從圓柱面上各輻射源到設(shè)計(jì)想的平口面的路程差在平口面上引起的非線性相位差,比如直徑為30λ的圓柱上,弧寬約10λ的陣面路程差在等效平口面引起的最大相差達(dá)260°,通過(guò)計(jì)算標(biāo)明,若不補(bǔ)償,天線主瓣會(huì)裂頭,因此必須對(duì)此進(jìn)行設(shè)計(jì),補(bǔ)償其相位差。
2 天線設(shè)計(jì)
A. 指標(biāo)要求
頻率:f0±50MHz;
天線口徑:約
天線需與直徑f=30λ的圓柱共形
增益:35dB;
波束寬度:
Q面:5.0°;
P面:0.6°;
副瓣電平:
Q面:-13dB,
P面:-18dB;
B. 電性能設(shè)計(jì)
裂縫陣天線由輻射層,耦合層和饋電系統(tǒng)組成,耦合層和饋電層在同一層,以滿足天線的厚度要求,耦合層為圓弧彎波導(dǎo),通過(guò)其公共壁上的耦合孔向扇形波導(dǎo)饋電,圖1所示。
圖1 柱面共形陣列側(cè)示圖
(a) P面電性能設(shè)計(jì)
每一線源共136個(gè)陣元,其口徑分布按旁瓣電平-22dB的泰勒分布設(shè)計(jì)。圖2為其口徑幅度分布,根據(jù)圖2給出的激勵(lì)可以算得其相應(yīng)的預(yù)期方向圖如圖3所示。波束的半功率寬度為0.59°,副瓣電平為-22dB。
圖2 線陣的幅度分布
圖3 天線線陣-22dB旁瓣泰勒分布方向圖
在本天線陣列中,出于對(duì)陣列工作頻率帶寬的考慮,每一線源被劃分成四根等長(zhǎng)的短線源,而每部分的短線源與其平行排布的12根其它短線源組成的子陣后,再通過(guò)一個(gè)一到四的波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)來(lái)組合到一塊。由于陣面在軸向?qū)嵭辛朔燃訖?quán),因此各個(gè)子陣的輻射的功率并不都相同。為了滿足幅度分布,該功分網(wǎng)絡(luò)針對(duì)子陣的四個(gè)出口的功分比分別為0.144、0.356、0.356和0.144(或-8.416dB、-4.486dB、-4.486dB和-8.416dB)。
(b) Q面電性能設(shè)計(jì)
Q面電性能設(shè)計(jì)為共形陣列的設(shè)計(jì)重點(diǎn),即耦合陣列設(shè)計(jì)是天線設(shè)計(jì)重點(diǎn),通過(guò)耦合陣列的設(shè)計(jì)來(lái)補(bǔ)償空間相位差。饋電波導(dǎo)耦合縫的位置和耦合強(qiáng)度決定了呈圓弧排列的線源在Q面的口徑分布。因Q面各線源不在空間同一平面位置所造成的相位差如圖4所示。
這樣的相位差必需進(jìn)行補(bǔ)償,否則該面波束會(huì)出現(xiàn)凹陷,如果我們假設(shè)面陣在弧向方向的幅度按照均勻方式分布,其方向圖如圖5所示。
其空間相位差補(bǔ)償后的方向圖如圖6所示。由圖可見(jiàn),通過(guò)饋電波導(dǎo)進(jìn)行相位補(bǔ)償后Q面方向圖與原預(yù)期方向圖基本一致。即方向圖主瓣寬度為5.1°,副瓣電平-13.3dB左右,滿足對(duì)波束寬度和副瓣電平的指標(biāo)要求。
圖4 空間相位差
圖5 未補(bǔ)相時(shí)的Q面方向圖
圖6 補(bǔ)相后的Q面方向圖
評(píng)論