何義奎

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平板裂縫天線饋電網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵器件設(shè)計(jì)

何義奎

四川航天職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 成都 610100

波導(dǎo)裂縫天線與傳統(tǒng)拋物面天線相比具有很多優(yōu)勢(shì)，成為雷達(dá)天線的首選形式。根據(jù)雷達(dá)安裝空間有限的要求，對(duì)天線饋電網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)、波導(dǎo)魔T設(shè)計(jì)、H-T組件設(shè)計(jì)、階梯波導(dǎo)匹配組件設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析，對(duì)這類天線饋電網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)具有一定指導(dǎo)作用。

波導(dǎo)裂縫天線；饋電網(wǎng)絡(luò)；波導(dǎo)魔T；H-T組件設(shè)計(jì)；階梯波導(dǎo)匹配組件

引言

波導(dǎo)裂縫天線是一種在波導(dǎo)壁上開(kāi)縫的天線，電磁場(chǎng)能量從裂縫輻射出來(lái)形成一定形狀的波束，只要天線口徑分布控制得當(dāng)，就可以形成低副瓣和極低副瓣天線。這種天線可以將數(shù)根波導(dǎo)排列成一個(gè)平面，所以也常稱為平板天線。因平面結(jié)構(gòu)易于與飛行體表面共形，所以裂縫天線在航空航天飛行器上應(yīng)用廣泛。[1]由于受安裝空間的限制，對(duì)波導(dǎo)裂縫天線饋電網(wǎng)絡(luò)的尺寸提出了嚴(yán)格的要求。長(zhǎng)期以來(lái)，饋電網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)一直是困擾人們的一個(gè)難題，本文將對(duì)波導(dǎo)裂縫天線饋電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析。

1 饋電網(wǎng)絡(luò)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

這里設(shè)計(jì)的裂縫天線是一種正六邊形結(jié)構(gòu)，是圓的內(nèi)接正六邊形，天線結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。輻射陣面可以分為四個(gè)象限，圖1中的A、B、C、D，MT1、MT2、HT代表比較器，也就是魔T。魔T是一種四端口結(jié)構(gòu)，兩個(gè)對(duì)稱端口稱為平分臂，另兩個(gè)端口為H臂和E臂。H臂輸出等于兩平分臂之和，E臂輸出等于兩平分臂之差。[2]將A、B象限收集的信號(hào)與MT1的兩平分臂進(jìn)入，C、D象限收集的信號(hào)從MT2的平分臂進(jìn)入，于是從MT1的H臂輸出的信號(hào)就是A+B，E臂輸出的信號(hào)就是A-B；從MT2H臂輸出的信號(hào)是C+D，E臂輸出的就是C-D；然后將MT1和MT2和口信號(hào)送入MT3的平分臂，差口信號(hào)送入HT的平分臂，于是從MT3的H臂出來(lái)的就是和信號(hào)（A+B）+（C+D），E臂出來(lái)的就是俯仰差（A+B）-（C+D），從HT和口出來(lái)的就是方位差（A-B）+（C-D）。

圖1 饋電網(wǎng)絡(luò)原理圖

由于單脈沖裂縫天線的安裝空間有限，所以天線的整體厚度受到嚴(yán)格限制，天線的饋電網(wǎng)絡(luò)有3個(gè)魔T、一個(gè)H-T和數(shù)根彎頭波導(dǎo)構(gòu)成。其中，魔T不能采用標(biāo)準(zhǔn)魔T，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)魔T是一種空間結(jié)構(gòu)，占據(jù)空間較大，必須對(duì)魔T進(jìn)行改進(jìn)。

2 波導(dǎo)魔T設(shè)計(jì)

標(biāo)準(zhǔn)魔T的四個(gè)臂成空間結(jié)構(gòu)，考慮到天線整體厚度的限制，我們將魔T的E臂作改進(jìn)，將E臂換成波導(dǎo)縱縫饋電。通過(guò)軟件仿真優(yōu)化縫的長(zhǎng)度和開(kāi)縫位置，這樣便達(dá)到縮小饋電網(wǎng)絡(luò)厚度的目的。[3]為了防止在E臂中產(chǎn)生駐波，可以在縫的端頭加入銷釘，達(dá)到匹配狀態(tài)。通過(guò)HFSS軟件仿真，發(fā)現(xiàn)四個(gè)端口的電壓駐波比都比較小，H臂和改進(jìn)后的E臂到兩平分臂近似為3dB等功分，和口與差口的隔離度很大。分別如圖2（a）（b）（c）所示。

（a）魔T端口VSWR

（b）傳輸系數(shù)（dB）

（c）和口與差口隔離度

前面已對(duì)平板縫隙天線饋電網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵部件（魔T）進(jìn)行了仿真設(shè)計(jì)，把這些部件組合起來(lái)就可形成饋電網(wǎng)絡(luò)，然后采用HFSS軟件進(jìn)行整體仿真分析，并作適當(dāng)微調(diào)，就可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

[1]劉濂.階梯扭波導(dǎo)的分析與試驗(yàn)[J].現(xiàn)代雷達(dá)，1995，17 （4）：44-54.

[2]金林，何國(guó)瑜.平板裂縫天線阻抗匹配設(shè)計(jì)的研究[J].微波學(xué)報(bào)，2000，16（4）；373-377.

[3]李俊沛，等.平板裂縫天線功率耦合裝置[J].現(xiàn)代雷達(dá)，1992，14（4）：86-93.

何義奎（1973—），男，碩士研究生，講師，主要研究方向?yàn)殡娐放c系統(tǒng)。

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1009-6434（2016）04-0020-01