波導(dǎo)縫隙陣天線

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1、波導(dǎo)縫隙陣1、設(shè)計(jì)背景縫隙天線是由金屬面上的縫隙構(gòu)成的天線。波導(dǎo)縫隙陣天線具有口面場分布容易控制、天線口徑效率高、性能穩(wěn)定結(jié)構(gòu)簡單緊湊、強(qiáng)度高、安裝方便等特點(diǎn)，而且容易實(shí)現(xiàn)窄波束、低副瓣乃至超低副瓣。最近十幾年，隨著對雷達(dá)抗干擾要求的提高，脈沖多普勒雷達(dá)的發(fā)展，矩形波導(dǎo)縫隙陣天線在這些需要窄波束或賦性波束的微波通信和雷達(dá)系統(tǒng)中獲得了廣泛應(yīng)用。特別是它具有體積小、重量輕、口徑效率高、寬角副瓣低等特點(diǎn)，在機(jī)載雷達(dá)上為優(yōu)選形式。波導(dǎo)上的縫隙隨著其切割位置的不同構(gòu)成了不同形式的縫隙。經(jīng)常使用的縫隙有開在波導(dǎo)窄邊的傾斜縫隙，開在波導(dǎo)寬邊的縱向縫隙

2、、橫向縫隙以及開在波導(dǎo)寬邊中心線上到傾斜縫隙，它們既可以是諧振式的，也可以使非諧振式的。由于這些縫隙均切割表面電流，因而將向外部空間輻射能量，對這些縫隙的個(gè)數(shù)、位置、尺寸、排列進(jìn)行精心選擇，就能產(chǎn)生各種實(shí)用的天線方向圖。2、設(shè)計(jì)原理這里考慮寬邊縱向諧振式駐波陣列，每個(gè)縫隙相距0.5?，距離波導(dǎo)寬邊中心有一定偏g移。寬邊上縱向并聯(lián)縫隙的電導(dǎo)為2??x?g?gsin??（1）1?a??2.09a?g?2????g???cos??（2）1????b?2????g?式中，x為待求的偏移；a為波導(dǎo)內(nèi)壁寬邊長度；?g為波導(dǎo)波長。在具體的設(shè)計(jì)中可以利

3、用HFSS的優(yōu)化功能確定縫隙的諧振長度（圖1）。首先確定在諧振縫隙設(shè)計(jì)中存在的幾個(gè)變量，主要有：縫隙偏移波導(dǎo)中心線的距離Offset，縫隙長度L，縫隙的寬度W等。一般可根據(jù)實(shí)際的加工確定出W縫隙的寬度，應(yīng)用HFSS的優(yōu)化功能得出Offset和Length。在波端口的Y矩陣參數(shù)可以等效于距檢測端口的二分之一個(gè)波導(dǎo)波長的縫隙中心的Y矩陣參數(shù)，根據(jù)波導(dǎo)縫隙的基本設(shè)計(jì)理論，在諧振時(shí)縫隙的等效阻抗或?qū)Ъ{為實(shí)數(shù)。因此當(dāng)縫隙諧振時(shí)有Im（Y）=0。11??gg42波短端路Offset口L圖1、單縫諧振長度優(yōu)化示意圖設(shè)計(jì)一個(gè)由20個(gè)縫隙組成的縫隙陣，采

4、用Chebshev電流分布,要求30的旁瓣電平，利用MATLAB算出20個(gè)縫隙的電平分布：w?chebwin?20,30?（3）nnnnaaaannnn10.325660.7315111.0000160.620320.285670.8310120.9701170.504630.391080.9124130.9124180.391040.504690.9701140.8310190.285650.6203101.0000150.7315200.3256表1、各個(gè)縫隙的電平分布根據(jù)電平分布進(jìn)行歸一化202K?an?1（4）n?1可以得出K=

5、0.1004。由下式可以得到各個(gè)縫隙的導(dǎo)納值：2g?Ka（5）nn各個(gè)縫隙的導(dǎo)納值如表2：nnnnggggnnnn10.010660.0537110.1004160.038620.008270.0693120.0945170.025630.015480.0836130.0836180.015440.025690.0945140.0693190.008250.0386100.1004150.0537200.0106表2、各個(gè)縫隙的導(dǎo)納值選用WR-9型波導(dǎo)，其波導(dǎo)尺寸為：寬邊a=22.86mm，窄邊b=10.16mm。工作頻率為10GHz，

6、工作波長??30mm，波導(dǎo)波長為??39.755mm。根據(jù)波導(dǎo)各個(gè)尺寸可得偏移量與導(dǎo)納g之間的工作關(guān)系為ax?arcsin?1.066g?（6）n?由上述導(dǎo)納值可以求得各個(gè)縫隙的偏移量nnnnxxxxnnnn10.802061.8168112.5074161.536220.703172.0705122.4294171.246430.964082.2799132.2799180.964041.246492.4294142.0705190.703151.5362102.5074151.8168200.80203、HFSS軟件的仿真實(shí)現(xiàn)本例利

7、用HFSS軟件設(shè)計(jì)波導(dǎo)縫隙陣天線。天線的中心頻率10GHz。選用WR-90型波導(dǎo)，其具體指標(biāo)為：寬邊22.86mm，窄邊10.16mm，波導(dǎo)波長39.755mm。圖2：天線參數(shù)模型圖3：縫隙陣的3D增益方向圖圖4：縫隙陣的2D遠(yuǎn)場方向圖圖5：縫隙陣H面增益直角圖圖6：S11參數(shù)圖圖7：VSWR參數(shù)圖從上面的方向圖可以看出該縫隙的主瓣的增益達(dá)到19.05dB，且呈現(xiàn)筆形波束。而第一副瓣約為-9.5dB，與主瓣相差28.55dB左右，滿足波導(dǎo)縫隙陣天線使用場合的低副瓣要求。大家看看我的S11參數(shù)圖和VSWR參數(shù)圖，不知道這樣符合要求不？S1

8、1有多個(gè)諧振點(diǎn)，而且最低諧振點(diǎn)跟求解頻率有0.11Ghz的偏差，駐波比也不是很理想，我優(yōu)化了很多參數(shù)，但是效果都不是很理想，希望有人能出來指點(diǎn)一下。