复合振子在相控阵天线中的应用研究

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1、复合振子在相控阵天线中的应用研究７２１复合振子在相控阵天线中的应用研究王茂彬南京电子技术研究所，南京，２１００１３【摘要】本文比较了几种常规的相控阵天线宽角扫描匹配方法，简要地叙述了相控阵天线的盲点效应的产生机理，分析了带犎面寄生杆复合振子辐射元的阵列环境辐射特性，结果表明，该辐射元不仅能消除扫描盲点，而且能改善宽角匹配性能，并将该研究成果应用于工程项目，实现了宽频带、宽扫描角的有源相控阵天线。【关键词】方向图零点；盲点；犎面寄生杆；耦合系数；有源相控阵犛狋狌犱狔狅犳犝狊犻狀犵犆狅犿狆狅狌狀犱犇犻狆狅犾犲犳狅狉犘犺犪狊犲犱犃狉狉犪狔犠犪狀犵犕犪狅－犫犻狀犖犪狀犼犻狀犵犚犲狊犲犪狉犮犺

2、犐狀狊狋犻狋狌狋犲狅犳犈犾犲犮狋狉狅狀犻犮狊犜犲犮犺狀狅犾狅犵狔，犖犪狀犼犻狀犵２１００１３，犆犺犻狀犪【犃犫狊狋狉犪犮狋】犜犺犻狊狆犪狆犲狉犮狅犿狆犪狉犲犱狊狅犿犲犿犲狋犺狅犱狊狅犳犻犿狆犲犱犪狀犮犲犿犪狋犮犺犻狀犵犳狅狉狑犻犱犲－犪狀犵犾犲狊犮犪狀狀犻狀犵狆犺犪狊犲犱犪狉狉犪狔．犜犺犲犿犲犮犺犪狀犻狊犿犳狅狉犫犾犻狀犱狀犲狊狊狆狉狅犱狌犮犻狀犵狅犳狆犺犪狊犲犱犪狉狉犪狔犻狊犵犻狏犲狀狑犻狋犺犪犫狉犻犲犳犻狀狋狉狅犱狌犮狋犻狅狀．犃狀犱狋犺犲狉犪犱犻犪狋犻狅狀犮犺犪狉犪犮狋犲狉犻狊狋犻犮狊狅犳犮狅犿狆狅狌狀犱犱犻狆狅犾犲狑犻狋犺犎－狆犾犪狀犲狆犪狉犪狊犻狋犻犮狆狅狊狋狊犻狀犪狉狉犪

3、狔犻狊犱犲狊犮狉犻犫犲犱．犜犺犲狉犲狊狌犾狋犻狀犱犻犮犪狋犲狊狋犺犻狊犱犻狆狅犾犲狀狅狋狅狀犾狔犲犾犻犿犻狀犪狋犲狊犮犪狀狀犻狀犵犫犾犻狀犱狀犲狊狊，犫狌狋犪犾狊狅犻犿狆狉狅狏犲狋犺犲狆狉狅狆犲狉狋狔狅犳犪狉狉犪狔狑犻狋犺狑犻犱犲－犪狀犵犾犲犿犪狋犮犺犻狀犵．犝狊犻狀犵狋犺犻狊犪犮犺犻犲狏犲犿犲狀狋犻狀狉犲狊犲犪狉犮犺犳狅狉犪犲狀犵犻狀犲犲狉犻狀犵狆狉狅犼犲犮狋，狋犺犲犪犮狋犻狏犲狆犺犪狊犲犱犪狉狉犪狔狑犻狋犺狑犻犱犲－犫犪狀犱犪狀犱狑犻犱犲－犪狀犵犾犲犺犪狊犫犲犲狀犱犲狏犲犾狅狆犲犱．【犓犲狔狑狅狉犱狊】狆犪狋狋犲狉狀狀狌犾犾狊；犫犾犻狀犱狀犲狊狊；犎－狆犾犪狀犲狆犪狉犪狊犻狋犻

4、犮狆狅狊狋狊；犮狅狌狆犾犻狀犵犮狅犲犳犳犻犮犻犲狀狋狊；犃犮狋犻狏犲狆犺犪狊犲犱犪狉狉犪狔有（或很少）能量从阵列发射出或被阵列接收。如果盲１引言点出现在相控阵天线要求的扫描角域内，将会严重影相控阵天线辐射元的输入阻抗和馈线及激励源之响雷达的整体性能。间的失配，不仅引起天线阵的增益降低，还会影响发射对于全部单元都被激励的无限大波导辐射元面阵机的工作稳定性。在相控阵天线中，由于波束是扫描来说，盲点效应可以作如下解释：盲点效应的产生是因的，所以阵列环境辐射元的输入阻抗随扫描角而改变，为阵列不仅传播基模，还将存在高阶模的耦合。当条使用一般的天线阵匹配技术，只能在某一固定角度上件适当时，在某个

5、扫描角度，基模和高次模相叠加，其对天线阵进行匹配，当扫描角变化时，失配将在其余角合成场强值为零，即在该角度上产生一个盲点。图１度上发生，为此要求进行宽角匹配。可简要地说明这个抵消机理。这个抵消效应反映在辐常规的宽角匹配方法大体有以下三种：射元上便是辐射元的有源反射系数Γ＝１０，即全（１）犈面方向加金属隔板［１］；反射。［２，４］（２）阵面前加介质薄板；［３］（３）在馈电网络中增加一补偿耦合电路。方法（１）结构简单，但工作频带窄；方法（２）介质薄板离辐射单元距离较近，不利于有源相控阵天线的散热；方法（３）克服了上述两种方法的缺点，但复杂程度高，可实现性差。图１两个低阶波导模式辐射抵消

6、示意图２盲点效应而对于宽带宽角扫描的相控阵天线来说，其辐射相控阵天线的盲点是指天线扫描到该角度时将没元一般采用对称振子形式，考虑到天线的工作频带相７２２雷达分系统对较宽，大多采用宽带平衡器馈电，此类辐射元阵列的的犈面波瓣宽度，特别是端馈方向获得６犱犅以上的展盲点效应的产生可解释为：振子的辐射与平衡器上感宽，且单元间耦合系数下降５犱犅左右。应电流的寄生辐射在某个角度叠加，其合成场强出现３２阵列特性零点，即在该角度上产生一个盲点。３２１理论计算对于只有一个单元（中心单元）被激励，其余单元采用分段正弦函数和检验函数的伽略金法求解有接匹配负载的无限大面阵来说，盲点效应可由单元方源振子、

7、无源振子以及寄生杆上的电流分布，计算了５向图来解释。对于无限阵列来说，单元方向图为×５小面阵中心辐射单元的阵列环境单元方向图、耦犵（θ，）＝４π犃犲［１－狘Γ（θ，）狘２］犮狅狊（θ）（１）合系数和输入阻抗。计算参数为：犈面单元间距犱狓＝２λ０４９λ，犎面单元间距犱狔＝０５１６λ，振子长２犔＝式中：犃犲为单元的面积；犮狅狊（θ）为理想孤立单元的方０４８λ，振子高犎＝０３０λ，寄生杆放在两振子之间，振向图；犵（θ，）为无源阵列环境中的单元方向图