一種新穎的中心開孔單脈沖毫米波縫隙陣列天線的設(shè)計(jì)

　　可以看到天線的副瓣從原來的-26dB抬高到-19dB，原因是中心區(qū)激勵(lì)幅度最大，對天線副瓣的加權(quán)比較敏感，失去中心區(qū)域的激勵(lì)后導(dǎo)致天線副瓣惡化變差。對這種非均勻陣的天線如何重新進(jìn)行副瓣加權(quán)優(yōu)化，我們基于遺傳算法(GA)等全局優(yōu)化算法研究，提出了一種針對這種非均勻陣的全新優(yōu)化方法，優(yōu)化后的中心開孔非均勻陣的圓口面激勵(lì)分布見圖4，天線的主面的副瓣經(jīng)過這種方法優(yōu)化可以做到小于-25dB，效果十分顯著。

　　圖4 基于GA優(yōu)化的中心開孔的圓口面激勵(lì)分布

　　2.2 根據(jù)中心開孔的特點(diǎn)考慮縫隙陣元之間的互耦消除

　　對比均勻陣和非均勻陣副瓣加權(quán)后的激勵(lì)分布(見圖1和圖4)，有兩個(gè)明顯的不同：其一是均勻陣的激勵(lì)幅度都是中心處為最大，而中心開孔的非均勻陣激勵(lì)幅度在中心區(qū)域?yàn)榱?，最大的激?lì)幅度出現(xiàn)在中心區(qū)域周圍;其二是均勻陣從中心向天線邊緣激勵(lì)幅度是從大到小緩緩變化，而中心開孔的非均勻陣的激勵(lì)幅度經(jīng)過GA副瓣加權(quán)優(yōu)化后幅度變化存在突變情況。所以在設(shè)計(jì)中心開孔的縫隙陣時(shí)，消除陣元間的互耦需要綜合考慮中心開孔陣激勵(lì)分布的特點(diǎn)。

　　縫隙陣的設(shè)計(jì)可以由Elloit的三個(gè)公式聯(lián)解完成。其設(shè)計(jì)公式如下：

　　3 天線的設(shè)計(jì)與仿真

　　3.1 天線陣元數(shù)選擇

　　天線的設(shè)計(jì)實(shí)例采用毫米波段。對于毫米波段，由于結(jié)構(gòu)尺寸都非常小，所以要求設(shè)計(jì)的參數(shù)有很好的設(shè)計(jì)精度。

　　天線的具體要求是：

　　頻率：35GHz

　　天線口徑138mm,中間開直徑為25.4mm的孔。

　　波導(dǎo)尺寸選擇為寬邊5.74mm,窄邊2.8mm。輻射波導(dǎo)與饋電波導(dǎo)的尺寸相同。經(jīng)過計(jì)算，開孔后的陣面共有300個(gè)陣元。天線陣面分為四個(gè)區(qū)，實(shí)現(xiàn)單脈沖天線的和波束與方位俯仰差波束。

　　3.2 陣元的激勵(lì)幅度設(shè)計(jì)

　　采用GA優(yōu)化設(shè)計(jì)，得到圓口面激勵(lì)分布見圖4，其中主面上的激勵(lì)幅度分布示意見圖5。

　　圖5 中心開孔陣面副瓣加權(quán)后其主面上的激勵(lì)幅度分布