采用印刷振子的賦形天線陣

3五個印刷振子組陣

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，并固定在多層介質板上，在陣列中的適當位置加裝了反射板，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，對五個天線的輸入信號必須進行合理的幅度和相位的匹配，以使合成的方向圖能達到要求的效果。

按照用戶圖5的方向圖要求，5個單元總體的賦形角度為60度，因此每個單元的平均角度為12度，按照圖5的要求，從零度開始，每隔12度，對應一個幅度電平值，將其轉化為分貝值，則可得出5個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到60º，這對后續饋電、功分網絡的設計具有指導意義。

印刷振子的饋電方式對其輻射特性有較大的影響，因為饋電方式直接影響振子的電流分布。當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，因此最大輻射方向為z軸方向。通過仿真驗證，決定選擇第一種饋電方式，因此，第一個單元與第五個單元輸入信號的初相位相差180º。通過輸入相應的幅度和相位值，得到多組合成后的方向圖，在此過程中發現合成方向圖有如下規律：

（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，可使方向圖相應的部位降低。

由相關理論知：對一個陣列天線，其沿Z軸等距分布（z=0,d1,2d1......(n-1)d1，d1為相鄰兩個天線單元的間距）即均勻步進相移激勵，得其陣主波瓣的指向為：，為相鄰陣元的相移差，波束最大值指向角在4~8º之間，且5個單元均相同，因此的范圍就在4~8º之間，這樣根據上述公式即可得到相應的的值，即相鄰兩個天線單元之間的相位差值。通過計算，得到相鄰振元相移差為3.4º左右。將此相位差輸入到CST中，按照相應的計算，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中均勻地取幾個點，分別看其對應的角度和電平值（dB值），通過對比這兩幅圖中的這些取點的角度和幅度值可以發現，兩圖相同角度對應的電平值非常相似，有些點甚至相同，從而說明圖6的仿真結果基本上達到了賦形的目的和要求。對后續饋電網絡的設計，可由相應的幅度和相位的要求及仿真的結果，提供參考設計依據。

4饋電網絡

在已知天線單元設計無誤的情況下，即要對饋電網絡進行計算設計，由于五個天線單元的功率分配差值為：0dB、-0.58dB、-1.2dB、-2.04dB、-3dB，因此需對第一個天線單元的功率量進行賦值，即：對第一個單元賦值-5.6dB，則其相應后續的單元的功率值為：-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