柱面共形裂縫陣天線的設計與仿真
加入技術交流群
3 大陣仿真
A. CST微波工作室®的特點
本柱面裂縫陣的天線口徑達到
，加之其具有共形結構，且柱面縫隙、感性膜片等部分非常精細，這使得對其進行全波仿真分析變得非常復雜。
3D電磁場仿真軟件CST微波工作室®采用有限積分算法，此算法能快速處理時域寬帶和電大尺寸問題。有限積分算法中使用了理想邊界擬合®（PBA）技術后，與經典的FDTD算法只限于階梯網格近似（Staircase Mesh）相比，CST微波工作室®不僅保持了結構化直角坐標系網格的所有優點，并且可以對曲線結構進行精確建模，實現了精度與速度的雙重保證。CST微波工作室®擁有業內最佳的三維建模界面，可以迅速準確的建立和修改三維幾何模型，其時域求解器可在一次激勵仿真下就完成全頻段參數特性的計算，因此非常適合本問題的建模與仿真。
B. 建模
利用模型的對稱性，建模時只需建立一半結構，即可利用對稱性完成仿真任務。
該模型由12根輻射波導和兩根饋電波導組成。輻射波導之間都有扼流槽，每根輻射波導上都有68個左右的輻射縫隙。天線陣被分成I、II兩個子陣，兩個饋電波導分別位于兩個子陣中。每根饋電波導上都有對應于輻射波導的12個饋電縫隙，金屬膜片與饋電縫隙相對應。
輻射縫隙不僅數量多，而且每一根輻射波導上的縫隙并不相同，無法直接使用對稱性建模。如果單獨建模每一個縫隙，無疑工作量是巨大的。這里采用一種基于CST VBA宏命令的半自動建模方法來簡化這一繁瑣的過程。
最后仿真用模型如圖9所示，I子陣的饋電波導端口設置為端口1，II子陣饋電波導端口設置為端口2。端口1和端口2的幅度比為0.637：1。
C. 仿真結果
使用CST微波工作室的時域求解器，整個裂縫陣天線仿真的總網格數達到142,156,080，精細分辨了裂縫陣和饋電波導金屬膜片等微小結構。圖10、圖11分別給出了中心頻率f0下，天線P面與Q面方向圖。
圖9 波導端口設置
圖10 P面增益方向圖
圖11 Q面增益方向圖
可以看出，天線增益達到了38.4dB，P面副瓣電平：-22.1dB，波束寬度為0.6°；Q面副瓣電平-13.3dB，波束寬度為5.6°。仿真結果和理論設計取得了較好的一致。
4 結論
該天線采用了一種新的相位控制的技術，補償了由于柱面縫隙陣射線路程長度不等所引起的相位差，實現了Q面共形設計，通過CST商業仿真軟件仿真驗證了方案的正確性，為共形陣列天線的設計又提供了一種新的方案選擇。仿真結果表明，天線達到了所需的指標要求，其主要技術指標有：P面半功率波束寬度：0.6°，P面副瓣電平：-22dB，Q面半功率波束寬度：5°～6°，Q面副瓣電平：-12dB左右，增益大于37.7dB，與理論設計非常吻合。
評論