波導縫隙天線的設(shè)計和仿真

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1、波導縫隙天線的設(shè)計和仿真波導饋電的縫隙陣天線自第二次世界大戰(zhàn)以后有很大發(fā)展。它廣泛用于各種領(lǐng)域：1、地面、艦載、機載雷達2、導航雷達3、氣象雷達4、雷達信標天線LL………………………………特別最近十幾年，隨著對雷達抗干擾要求的提高、脈沖多普勒可視雷達的發(fā)展，要求天線應具有低副瓣或極低副瓣的性能，使波導縫隙天線成為此項要求的優(yōu)選形式。同時隨著各種計算機輔助技術(shù)的發(fā)展，如數(shù)控機床的使用，天線的整體焊接技術(shù)等，為波導縫隙天線的使用創(chuàng)造了基礎(chǔ)。波導縫隙構(gòu)成的陣列主要有兩種形式，即波導寬邊開縫和波導窄邊開縫，我們本次主要向大家介紹的是波導寬邊開縫而構(gòu)成的波導縫隙天線陣的設(shè)計與仿真。波導寬邊縱縫陣

2、列天線不但具有口面效率高、副瓣電平低等優(yōu)良的電氣性能，而且還有厚度小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、強度高、安裝方便、抗風力強、功率容量大等特點，從而在機載火控雷達、導彈巡航等方面有著其它天線無法替代的優(yōu)勢。下面是幾個波導寬邊縫隙構(gòu)成的陣列在實際中的應用實例。主要討論的內(nèi)容：1.波導縫隙天線的設(shè)計基礎(chǔ)理論2.波導縫隙行波線陣天線的設(shè)計和仿真3.波導縫隙駐波線、面陣天線的設(shè)計和仿真4.波導縫隙天線的AnsoftHFSS的實例設(shè)計和仿真（一）波導縫隙陣天線設(shè)計的基礎(chǔ)理論本章中您主要的目標是：1.熟悉波導縫隙天線的基本概念。2.了解波導縫隙的基本等效電路。3.理解波導縫隙天線的基本電參數(shù)和縫隙陣列的構(gòu)成

3、。4.知道波導縫隙天線的基本設(shè)計過程。把一根波導放在自由空間，在波導輸入端輸入信號，波導終端接匹配負載。如果在波導寬邊或窄邊上切割一個窄的縫隙，此縫隙切斷波導壁上的傳導電流，在縫隙上將產(chǎn)生電場，且對波導內(nèi)壁電流產(chǎn)生擾動，并從波導內(nèi)耦合部分電磁能量向自由空間輻射。隨著縫隙切割在波導壁的位置不同，形成不同的縫隙形式。若縫隙的幾何尺寸、其在波導上的位置以及在波導中傳送能量確定，則縫隙輻射能量的幅度及相位就確定了。一般在工程應用中，只要提到波導縫隙的設(shè)計，就會想到縫隙的等效電路。根據(jù)波導縫隙的等效電路形式，將波導縫隙可分為并聯(lián)縫隙和串聯(lián)縫隙。波導縫隙的等效阻抗（導納）自1940年以來，許多學者

4、對縫隙天線理論和試驗進行了大量的工作。在波導縫隙的等效阻抗（導納）理論分析工作上首推斯蒂文生（A.F.Stevenson）所取得的出色成果。隨后奧里納、易宏躍、宋夫哈克和卡爾松等人將其進一步推廣。二）波導縫隙行波線陣天線的設(shè)計和仿真本章中您主要的目標是：熟悉波導縫隙行波線陣天線的基本屬性。了解波導縫隙行波線陣天線的構(gòu)成。知道波導縫隙行波線陣天線的基本設(shè)計過程。實際工程中可知當縫隙陣天線的工作頻率確定以后，根據(jù)實際波導的工作的頻段，可以比較容易確定波導的尺寸。得到波導的寬邊長度a，窄邊長度b。將波導寬邊長度a，帶入上面公式，天線的主波束指向角度已知，就可求出縫隙間距d。根據(jù)波導縫隙陣列的

5、設(shè)計理論，縫隙的偏移量對縫隙的諧振長度存在較大的影響，目前在理論上還沒有十分明確的理論公式對這一影響進行分析，通常是采用實際工程中的經(jīng)驗值作為縫隙的諧振長度。在根據(jù)實際加工測量的結(jié)果進行部分的修正，最終得出縫隙的諧振長度，但是傳統(tǒng)的設(shè)計方法，需要比較長的設(shè)計、加工和測試周期，不但使成本較高，而且非常費時、費力。參數(shù)設(shè)置：◎??length:此模型主要優(yōu)化的變量?！??Offset:它主要調(diào)節(jié)并聯(lián)縫隙的等效電導值，我們將其設(shè)置為輔助變化量。設(shè)計要點：◎當縫隙諧振時，有Im(Y)=0?！驊肁BS（Im(Y)）作為代價函數(shù)?！?qū)⑵凭嚯xOffset從1mm以每步1mm的變化量調(diào)整到8mm，

6、然后在每一變化點處優(yōu)化諧振長度。◎從而得到波導縫隙諧振長度與偏移距離之間的關(guān)系，產(chǎn)生設(shè)計曲線從上圖可以看出，天線的指向在－29度左右，我們設(shè)計為－30度，最大增益為19.35dB因為是均勻分布副瓣電平最大值為6.85dB，相差12.5dB與理論的－13dB，基本一致，可以說明HFSSV9.0在縫隙陣天線的設(shè)計上是十分有效的，可以作為我們廣大微波天線工程師們的得力助手。（三）波導縫隙駐波線、面陣天線的設(shè)計和仿真??本章中您主要的目標是：熟悉波導縫隙駐波線、面陣天線的基本屬性。知道波導縫隙駐波線、面陣天線的基本設(shè)計。??前面已經(jīng)講過駐波陣的定義了，這里就不在介紹了。線性和平面諧振式（駐波陣

7、）縫隙波導陣的設(shè)計已廣泛的應用于實際工作中。所有的諧振式縫隙波導陣的公共基本特點總結(jié)如下：在天線陣中，所有的縫隙都是諧振的，也就是在中心頻率上，縫隙等效電路的導納或電抗都為零。＃波導駐波電壓最大值出現(xiàn)在并聯(lián)縫隙上，最小值出現(xiàn)在串聯(lián)縫隙上。#在同一波導上，毗鄰的縫隙都相距半個波導波長。#主波束垂直于天線陣的口面（寬邊）為使相距半個波導波長的兩個縫隙輻射同相位。毗鄰的縱向縫隙都放在波導的中心線的兩邊。由于平面陣列可以看成是線陣的組合，因此平面陣的設(shè)