波導(dǎo)饋電微帶共形天線陣設(shè)計(jì)

 引言

共形陣列天線是當(dāng)前天線技術(shù)中最重要的發(fā)展方向之一。微帶天線由于具有剖面低、體積小、重量輕、易于與載體共形等特點(diǎn)，近年來被廣泛用于導(dǎo)彈、飛機(jī)、衛(wèi)星、火箭等飛行器上。但是，由于饋電網(wǎng)絡(luò)的歐姆損耗、介質(zhì)損耗以及寄生輻射，微帶陣列天線效率較低，尤其是頻率較高或饋電網(wǎng)絡(luò)較長時(shí)。為了解決這些問題，引入波導(dǎo)混合饋電以降低損耗。采用波導(dǎo)縱縫耦合饋電設(shè)計(jì)了40GHz平面陣列天線，由于耦合縫交替排列導(dǎo)致E面波瓣不對稱;采用傾斜耦合雙縫饋電設(shè)計(jì)了30*30平面陣列天線，由于傾斜耦合雙縫引入不希望的輻射，導(dǎo)致天線增益下降。

本文利用波導(dǎo)微帶混合饋電方式設(shè)計(jì)了Ku波段微帶共形陣列天線，串饋微帶線陣與圓柱面共形，波導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)通過對稱雙縫耦合對微帶線陣激勵(lì)，對稱耦合雙縫的采用有效抑制了耦合縫的輻射，提高天線極化純度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明天線性能優(yōu)良。

2 波導(dǎo)饋電微帶共形天線

波導(dǎo)饋電微帶共形天線如圖1所示。該陣列天線包含12個(gè)1*12微帶線陣，微帶線陣采用矩形貼片輻射單元，微帶線串饋激勵(lì)，基本串饋功分單元如圖2所示。

圖1 微帶共形天線陣示意圖

圖2 串饋功分器

設(shè)1端口是輸入端口，2、3端口功分比為

，則有：

依據(jù)微帶線陣的幅度加權(quán)系數(shù)，計(jì)算出各功分器的功分比，從而確定微帶串饋功分網(wǎng)絡(luò)。

由于微帶線陣與柱面共形，柱面曲率使各輻射單元之間存在空間程差，通過調(diào)整各輻射單元饋電微帶線的長度，來補(bǔ)償天線單元空間路程差引入的相位差。 為了降低饋電損耗，提高天線效率，軸向采用波導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)對微帶線陣進(jìn)行耦合饋電。波導(dǎo)饋電網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)T接頭和一系列位于波導(dǎo)寬邊的縱向耦合縫組成，如圖3所示。波導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)終端短路，耦合縫之間距離0.5

，距離短路面0.25

，形成一個(gè)駐波陣。耦合縫采用對稱雙縫結(jié)構(gòu)，保證天線的結(jié)構(gòu)對稱性，有效抑制耦合縫的輻射，提高天線的極化純度。

圖3 微帶共形天線陣透視圖

圖4 共形微帶陣列天線

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

加工了一個(gè)12*12單元微帶共形陣列天線，分別進(jìn)行了天線端口駐波和波瓣圖及增益測試，如圖4所示。測試結(jié)果表明反射系數(shù)小于-10dB的阻抗帶寬有700MHz(見圖5)。圖6是15.3GHz的H面波瓣圖，即圓柱共形面波瓣圖，圖7是圓柱軸向，即波導(dǎo)饋電面波瓣圖，其交叉極化電平小于-25dB，天線增益為27.9dB，輻射效率為51%。

圖5 天線駐波曲線

圖6 共形天線H面波瓣圖

圖7 共形天線E面波瓣圖

4 結(jié)論

本文介紹了Ku波段12*12波導(dǎo)饋電微帶共形陣列天線的設(shè)計(jì)，共形面為微帶線串聯(lián)饋電的微帶線陣，軸向采用波導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)對微帶線陣耦合饋電。提出的對稱雙縫耦合饋電有效抑制耦合縫的輻射，提高天線效率和極化純度。測試結(jié)果表明其阻抗帶寬有700MHz，交叉極化電平低于-25dB，天線效率達(dá)到51%。