一種小型四元線陣天線的實現

引言

　　波導縫隙天線要求在水平面內具有寬波束的特點，能夠覆蓋比較寬的范圍，從而更有效地提高車輛的戰場生存能力。天線需要滿足的性能指標如下：a.增益：大于11dB;b.3dB波束寬度：E面為20°，H面為110°;c.副瓣電平：小于-13dB;d.駐波比：小于2。

　　波導縫隙天線是一種重要的微波天線，在通信和雷達系統中獲得了廣泛的應用。然而，隨著波導縫隙數目的增加，單純依靠仿真軟件或是數值方法，在普通PC機上都很難進行分析。因此，對大型波導縫隙天線快速高效的分析計算成為工程上的迫切需要。本文基于廣義導納矩陣(GAM)，圍繞大型波導縫隙天線的快速分析展開了研究：本文首先采用模式匹配的經典理論，建立了以波導縫隙天線裂縫所在平面法線方向為參考方向的分析模型，將天線分成內外兩個區域。對于天線內部區域，提出了行波狀態利諧振狀態兩種情況下波導縫隙天線內部區域廣義導納參數的快速提取方案，建立了具有廣泛適用性的天線單元廣義導納參數數據庫，實現了縫隙天線內部區域GAM的級聯，得到了廣義輸入導納等主要參數，與HFSS仿真結果吻合良好。

　　1 理論分析

　　1.1 串聯縫隙陣的模型

　　由波導內的場分布情況可知：當波導寬邊中心開斜縫時，窄縫在縱向不切割電流線;在縫的橫向由于對電場的擾動，使得總電場在縫的兩側發生跳變，即電壓跳變，故相當于在傳輸線上串聯了一個阻抗。對中心饋電的諧振線陣模型來說，假設波導壁上開有Ⅳ爪斜縫，縫與縫中心間距λg/2，為取得同相激勵，相鄰縫交叉傾斜放置，波導末端短路板距終端縫隙λg/2，以使縫隙中心處于電壓或電流最大值位置，線陣模型如圖1所示。

　　其等效電路如圖2所示。

　　圖中所示均為歸一化的等效電阻。

　　1.2 縫隙特性參數的分析

　　在天線工作頻率的選取上，本雷達系統的工作頻率為10.5GHz，故該天線的工作頻率為10.5GHz,，對于陣列中各單元以等間距位于直線上的線陣，其陣列因子可表示為：

　　其中An為激勵的幅度，θ為觀察方向與直線的夾角，d為陣元間距。由于諧振陣各單元是同相的，即φn=O，則上式可簡化為：

　　當u=2mπ，m=O，±1，…時，S取最大值，且m=0時為主瓣。為了實現低副瓣并使主瓣展寬，采用中心饋電從陣中到邊緣幅度遞減，按泰勒線源分布加權各縫隙，兩邊呈對稱分布，其方向圖零點位置由下式決定：

　　將后一項按多項式展開，Z的各次冪系數即為相對應的激勵幅度。

　　由圖2，當波導采用中心饋電并處于諧振的時候(其阻抗虛部為零)，對泰勒分布而言，則有：

將之前得到的每個縫隙的激勵幅度代入即可求得相應的歸一化電阻值，在本設計中N取4。

　　A.F.STevensON利用洛倫茲互易定理及波導中功率的平衡方程，得到了串聯縫隙的歸一化等效電阻表示式為：

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