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柱面共形裂缝阵天线的规划与仿真 (一)

1 前言波导裂缝阵天线容易控制口径面上的幅度分布和相位分布,口径面的利用效率高,体积小,剖面低,重量轻,在雷达和微波通信系统中获得了广泛的应用

1 前语

波导裂缝阵天线简单操控口径面上的起伏散布和相位散布,口径面的使用效率高,体积小,剖面低,重量轻,在雷达和微波通信体系中获得了广泛的使用。但越来越多的要求需求天线与渠道载体共形,这就对裂缝阵天线提出了更高的要求。柱面共形阵中需补偿从圆柱面上各辐射源到规划想的平口面的旅程差在平口面上引起的非线性相位差,比方直径为30λ的圆柱上,弧宽约10λ的阵面旅程差在等效平口面引起的最大相差达260°,经过核算标明,若不补偿,天线主瓣会裂头,因而有必要对此进行规划,补偿其相位差。

2 天线规划

A. 目标要求

频率:f0±50MHz;

天线口径:约

天线需与直径f=30λ的圆柱共形

增益:35dB;

波束宽度:

Q面:5.0°;

P面:0.6°;

副瓣电平:

Q面:-13dB,

P面:-18dB;

B. 电功能规划

裂缝阵天线由辐射层,耦合层和馈电体系组成,耦合层和馈电层在同一层,以满意天线的厚度要求,耦合层为圆弧弯波导,经过其公共壁上的耦合孔向扇形波导馈电,图1所示。

图1 柱面共形阵列侧示图

(a) P面电功能规划

每一线源共136个阵元,其口径散布按旁瓣电平-22dB的泰勒散布规划。图2为其口径起伏散布,依据图2给出的鼓励能够算得其相应的预期方向图如图3所示。波束的半功率宽度为0.59°,副瓣电平为-22dB。

图2 线阵的起伏散布

图3 天线线阵-22dB旁瓣泰勒散布方向图

在本天线阵列中,出于对阵列作业频率带宽的考虑,每一线源被划分红四根等长的短线源,而每部分的短线源与其平行排布的12根其它短线源组成的子阵后,再经过一个一到四的波导功分网络来组合到一块。因为阵面在轴向实行了起伏加权,因而各个子阵的辐射的功率并不都相同。为了满意起伏散布,该功分网络针对子阵的四个出口的功分比分别为0.144、0.356、0.356和0.144(或-8.416dB、-4.486dB、-4.486dB和-8.416dB)。

(b) Q面电功能规划

Q面电功能规划为共形阵列的规划要点,即耦合阵列规划是天线规划要点,经过耦合阵列的规划来补偿空间相位差。馈电波导耦合缝的方位和耦合强度决议了呈圆弧摆放的线源在Q面的口径散布。因Q面各线源不在空间同一平面方位所形成的相位差如图4所示。

这样的相位差必需进行补偿,不然该面波束会呈现洼陷,假如咱们假定面阵在弧向方向的起伏依照均匀方法散布,其方向图如图5所示。

其空间相位差补偿后的方向图如图6所示。由图可见,经过馈电波导进行相位补偿后Q面方向图与原预期方向图根本共同。即方向图主瓣宽度为5.1°,副瓣电平-13.3dB左右,满意对波束宽度和副瓣电平的目标要求。

图4 空间相位差

图5 未补相时的Q面方向图

图6 补相后的Q面方向图

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