采用印刷振子的賦形天線陣

3五個(gè)印刷振子組陣

3.1概述

如圖，印刷振子所組成的陣列，天線輻射單元為5單元，并固定在多層介質(zhì)板上，在陣列中的適當(dāng)位置加裝了反射板，并使饋電微帶線從其中穿過(另一面饋線接地)，且與反射板不接觸。

圖4印刷陣列模型

3.2仿真合成方向圖

由于合成后要求為賦形方向圖，賦形寬度60º，如圖：

圖5要求的賦形方向圖

因此，對五個(gè)天線的輸入信號必須進(jìn)行合理的幅度和相位的匹配，以使合成的方向圖能達(dá)到要求的效果。

按照用戶圖5的方向圖要求，5個(gè)單元總體的賦形角度為60度，因此每個(gè)單元的平均角度為12度，按照圖5的要求，從零度開始，每隔12度，對應(yīng)一個(gè)幅度電平值，將其轉(zhuǎn)化為分貝值，則可得出5個(gè)天線單元的相對幅度分布值為：0dB、-0.58dB、-1.2dB、-2.04dB、-3dB，這樣就要求合成方向圖的半功率波束寬度即要達(dá)到60º，這對后續(xù)饋電、功分網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。

印刷振子的饋電方式對其輻射特性有較大的影響，因?yàn)轲侂姺绞街苯佑绊懻褡拥碾娏鞣植?。?dāng)前除了常用的同軸線背饋外，主要有兩種饋電方式：一種是饋電微帶線直接與印刷振子相連，即：微帶饋線直接與振子中間相連，兩側(cè)振子電流方向相反，E面z軸方向輻射為零。還有一種是微帶共面線分別與振子兩臂相連，其與自由空間半波振子線饋電相似，因此最大輻射方向?yàn)閦軸方向。通過仿真驗(yàn)證，決定選擇第一種饋電方式，因此，第一個(gè)單元與第五個(gè)單元輸入信號的初相位相差180º。通過輸入相應(yīng)的幅度和相位值，得到多組合成后的方向圖，在此過程中發(fā)現(xiàn)合成方向圖有如下規(guī)律：

（1）幅度的變化影響較小，幅度按三角形分布。（2）第2和第4單元相位值對方向圖整體影響較大。（3）相位減小，可使方向圖相應(yīng)的部位降低。

由相關(guān)理論知：對一個(gè)陣列天線，其沿Z軸等距分布（z=0,d1,2d1......(n-1)d1，d1為相鄰兩個(gè)天線單元的間距）即均勻步進(jìn)相移激勵，得其陣主波瓣的指向?yàn)椋?img onload="if(this.width>620)this.width=620;" onclick="window.open(this.src)" style="cursor:pointer" src="http://editerupload.eepw.com.cn/fetch/20140811/259548_2_2.jpg" />，為相鄰陣元的相移差，波束最大值指向角在4~8º之間，且5個(gè)單元均相同，因此的范圍就在4~8º之間，這樣根據(jù)上述公式即可得到相應(yīng)的的值，即相鄰兩個(gè)天線單元之間的相位差值。通過計(jì)算，得到相鄰振元相移差為3.4º左右。將此相位差輸入到CST中，按照相應(yīng)的計(jì)算，得其合成方向圖為：

圖6印刷陣列仿真方向圖

該合成圖五個(gè)饋電端口的幅度和相位按照前文所述的幅度和相位的差值，并分別給其賦予一定的初始值，從而得出一系列合成方向圖，在這一系列圖中，通過比較篩選，選擇了如上圖所示的合成方向圖。

此圖中3dB波束寬度能夠滿足60º的要求，主波束的偏向角也基本符合4~8º之間的要求。在圖5和圖6中均勻地取幾個(gè)點(diǎn)，分別看其對應(yīng)的角度和電平值（dB值），通過對比這兩幅圖中的這些取點(diǎn)的角度和幅度值可以發(fā)現(xiàn)，兩圖相同角度對應(yīng)的電平值非常相似，有些點(diǎn)甚至相同，從而說明圖6的仿真結(jié)果基本上達(dá)到了賦形的目的和要求。對后續(xù)饋電網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)，可由相應(yīng)的幅度和相位的要求及仿真的結(jié)果，提供參考設(shè)計(jì)依據(jù)。

4饋電網(wǎng)絡(luò)

在已知天線單元設(shè)計(jì)無誤的情況下，即要對饋電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行計(jì)算設(shè)計(jì)，由于五個(gè)天線單元的功率分配差值為：0dB、-0.58dB、-1.2dB、-2.04dB、-3dB，因此需對第一個(gè)天線單元的功率量進(jìn)行賦值，即：對第一個(gè)單元賦值-5.6dB，則其相應(yīng)后續(xù)的單元的功率值為：-6.18dB、-6.8dB、-7.64dB、-8.6dB，因此按照dB的定義有：10lgx1=-5.6，所以即功分量，后續(xù)的功分量分別為：x2=0.241、x3=0.21、x4=0.172、x5=0.138。

這樣，故初始值取5.6是合適的。

圖7功分器示意圖