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1、简论一种X波段波导缝隙天线的设计与仿真摘要:给出了波导缝隙天线设计步骤,设计一种X波段波导缝隙天线,计算了天线口径、波导数量、缝隙的单元数量、宽度、位置等参数,设计半高波导宽臂耦合谐振缝魔T和差器,在此基础上完成了天线设计。仿真结果表明,当中心频率为1GHz时,和波束增益为,第一副瓣电平为-,所设计的天线形式可获得较好的和、差波束方向图、电压驻波比和增益等参数。 关键词:波导缝隙天线;低副瓣;辐射缝隙;和差器 DesignandSimulationofWaveguideApertureAntennaWorkinginX-band LIGao-sheng,LUZhong-hao,
2、LIUFeng,HEJian-guo (CollegeofElectronicScienceandEngineering,NationalUniversityofDefenseTechnology,Changsha10073,China) Abstract:Theproceduresfordesigningawaveguideapertureantennaarepresented.AwaveguideapertureantennaworkinginX-bandisdesigned.Theapertureofantenna,numberofwaveguide,andparameters
3、ofapertureincludingnumber,widthandlocationarecalculated.Awide-armcouplingresonantaperturemagicTcomparatorwithhalf-hEightwaveguideisdesigned,basedonwhichthedesignoftheantennaisfinished.Simulationresultsindicatethatgainofthesumbeamandthefirstsidelobeis-at1GHz.Theantennacanattaingoodparameterssuchas
4、sumandsubtractpattern,voltagestandwaveratioandgain. Keywords:waveguideapertureantenna;lowsidelobe;radiationslot;comparator 0引言 随着信息化水平的提高和无线电技术的发展,对高效率、低副瓣天线的需求日渐强烈,特别是弹载、机载搜索和跟踪天线,由于早年常用的抛物面天线固有的口径遮挡,难以在这两方面有大幅度提高,不能满足日益增长的需求。 波导缝隙天线在设计方面具有较大的灵活性,可调整和优化的参数多,较易实现高效率、超低副瓣和高增益,还具有承受功率高,结构紧凑等优
5、点,得到了广泛的研究和应用[1-2]。 波导缝隙平板阵列天线主要由辐射阵面、馈电波导及和差器等三部分组成,本文对此分别进行了阐述,计算了天线口径相关参数,设计了和差器和馈电网络,并对设计结果进行了仿真计算。 1天线辐射阵面设计 天线口径相关参数计算 首先根据天线的波束宽度和副瓣电平要求计算口径尺寸D,然后把D代入增益G公式,看是否满足增益要求;最后根据增益和波束宽度,对天线口径进行修正,使其同时符合两者要求[3-4]。 单脉冲天线的口径一般分成四个象限,每个象限构成一个独立的子阵,每个子阵是90°的扇形,无法实现理想的泰勒分布,因此设计时要留出适当的余量。最大副瓣电平为R0,天
6、线主瓣峰值电平与最大副瓣电平的电压比值为: η=10-R010 (1) 选择泰勒圆口径分布,波束宽度因子为: β0=(arcchη)2-arcchη2 波束展宽因子不仅与副瓣电平有关,而且与等副瓣电平的副瓣数n有关[1]: σ=μnA2+(n-) 式中:A=arcoshη/π;μn为第一类一阶贝塞尔函数的第n个根。天线的波束宽度为: 2θ=σβ0λD (4) 阵面直径确定后,根据波导尺寸计算阵面波导数。阵面圆心为扇面的公共点,波导的排列相对阵面中心对称。半个阵面上平行放置的波导数为: n≤D2(a+2t) (
7、5) 式中:a为波导宽边内尺寸;t为波导壁厚。 1.阵面缝隙单元数计算 对于圆形阵列天线,组成阵面的波导长度各不相同。进行阵面设计时,先对各根波导容许的极限长度做出计算,以考虑每根波导上缝隙的数量。从中心算起,每根波导的极限长度为: li=r2-[i(a+2t)] (6) 式中:li代表由中心算起第i根波导的长度,i=1,,…,r为阵面半径。 辐射缝隙开在波导宽壁上,为纵向并联缝隙。为保证谐振条件,各缝隙应同相,这
