石一鳴 張夢(mèng)堃

（91550部隊(duì) 大連 116023）

1 引言

雙頻共面天線的形式主要有兩種：一種方式是雙反射面天線的副面采用頻率選擇表面，饋源為獨(dú)立的兩個(gè)饋源，一個(gè)為前置饋源，一個(gè)為后置饋源。這種方式可以分別優(yōu)化兩個(gè)饋源，使性能達(dá)到最優(yōu)，它的設(shè)計(jì)關(guān)鍵是頻率選擇表面。另外一種實(shí)現(xiàn)方式是饋源為雙頻段后置饋源，共用主、副反射面。這種方式的天線結(jié)構(gòu)尺寸比較緊湊，天線縱向尺寸小，利于車載運(yùn)輸設(shè)計(jì)［1～2］。

根據(jù)本雷達(dá)中兩個(gè)頻段的使用需求，C波段為高功率高精度測(cè)量單脈沖天線，S波段為遙測(cè)單脈沖天線，其中S波段天線需要較寬的波束寬度，采用雙頻段饋源的方式，把S波段饋源設(shè)計(jì)在C波段饋源四周，使S波段饋源波束變窄，更有利于S波段天線展寬波束寬度，同時(shí)整個(gè)天線的結(jié)構(gòu)尺寸緊湊［3］。

2 C/S雙頻段饋源設(shè)計(jì)

2.1 反射面形式的選擇

天線為實(shí)現(xiàn)C、S波段共面，采用C、S雙波段饋源共用卡塞格倫天線的方式?？ㄊ教炀€主反射面直徑：D=3600mm；副反射面直徑：d=546mm。天線焦徑比的選擇綜合考慮到電氣性能和結(jié)構(gòu)運(yùn)輸、起豎、轉(zhuǎn)動(dòng)要求等因素，選擇f/D=0.32。饋源的照射半張角的選取是一個(gè)在各種指標(biāo)之間反復(fù)折中的過程，張角太小，會(huì)使饋源能量泄露，降低天線效率；張角太大，會(huì)拉近饋源到副面的距離，造成饋源的匹配性能變差，也會(huì)影響天線的總體性能。本天線是單脈沖體制，要照顧到和、差最佳照射，選取的照射半張角φm=20°。

2.2 C波段饋源設(shè)計(jì)

單脈沖饋源是天線設(shè)計(jì)的核心，常用的單脈沖饋源有四喇叭、五喇叭、多模喇叭等幾種方式。

四喇叭單脈沖饋源較容易實(shí)現(xiàn)，但是饋源的和差矛盾較大，且饋源的差方向圖截獲效率低，造成天線的差性能較差。

五喇叭單脈沖饋源和差分開，饋電網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)單，是常用的單脈沖饋源形式之一。五喇叭單脈沖饋源一般照射角取在差方向圖的第一個(gè)零點(diǎn)，此時(shí)和方向圖照射電平5dB～6dB，天線漏損較多，所以天線效率低一些。

多模喇叭饋源通過調(diào)節(jié)模比，在使和方向圖達(dá)到最佳時(shí)，能夠照顧差方向圖性能，能夠較好地解決和差矛盾。多模饋源設(shè)計(jì)時(shí)，饋源的方向圖副瓣電平要盡可能低、照射方向圖盡量做到旋轉(zhuǎn)對(duì)稱、圓極化軸比要好、和差兼顧設(shè)計(jì)，從而提高和、差的截獲效率［4～5］。

根據(jù)天線的增益、和差性能的要求，綜合比較后多模單脈沖饋源性能較好，本天線采用C波段多模圓極化單脈沖饋源的形式。圖1為C波段饋源模型圖。

多模饋源設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是精心選擇饋源各部分的電氣尺寸，控制各高次模的幅度和相位，以獲得最佳的口面場(chǎng)分布［6］。本天線和模有TE10、TE30、EH12，方位差模有TE20、EH11、EH22，俯仰差模有EH11、TE02等。采用以上模式的饋源由多模喇叭、圓極化器、和差網(wǎng)絡(luò)組成。

饋源和模的多模激勵(lì)是采用變張角結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。變張角結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是在不連續(xù)處張角發(fā)生變化而波導(dǎo)直徑不變，由于張角變化而產(chǎn)生高次模。在變張角結(jié)構(gòu)的多模喇叭中有幾個(gè)張角不連續(xù)處，以便互相補(bǔ)充。每個(gè)變張角之后的直波導(dǎo)起著移相段的作用。由于多次使用變張角，相對(duì)帶寬較寬［7～8］。

圓極化器有多種設(shè)計(jì)方法，波導(dǎo)圓極化器主要有金屬切角圓極化器、介質(zhì)加載圓極化器和各種周期加載的圓極化器等。金屬切角圓極化器適合窄帶、高功率天線使用。本天線帶寬不到4%，但是需承受峰值功率1.2MW，所以比較適合采用金屬切角圓極化器［9］。

2.3 S波段饋源設(shè)計(jì)

S波段天線的主要功能是保證天線引導(dǎo)捕獲的范圍和引導(dǎo)概率，按照要求S波段饋源與C波段饋源設(shè)計(jì)在一起，共用反射面，可以保證S波段的增益要求。S波段遙測(cè)天線也是單脈沖體制，饋源采用十字振子的形式，通過優(yōu)化振子的位置，得到合適的饋源照射方向圖，滿足S波段天線的要求。每個(gè)振子后都接極化器實(shí)現(xiàn)雙圓極化，后面再接和差器實(shí)現(xiàn)單脈沖功能，S饋源與C波段饋源放置在一起，排列在其四周，饋源示意圖如圖2（a）所示，S饋源工作原理圖見圖2（b）。

本天線首先優(yōu)化了S波段饋源，使得饋源和方向圖在照射半張角范圍內(nèi)，照射電平盡量低，這相當(dāng)于降低了天線的口徑利用效率，縮小了天線的有效使用口徑尺寸［10］，這樣可以適當(dāng)展寬天線的波束。

在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步采用散焦的方法，在天線的口徑分布場(chǎng)上疊加相位差，可進(jìn)一步展寬波束。

3 天線方向圖

C波段和S波段饋源的方向圖見圖3和圖4。

表1 C/S雙頻段天線方向圖特性

從天線輻射方向圖的計(jì)算結(jié)果看，C波段天線半功率波束寬度在1.0°～1.1°第一副瓣電平的理論計(jì)算值小于-19.4dB，考慮制造誤差等因素還會(huì)使副瓣升高，留有3dB余量［11～12］。C波段天線屬于窄帶天線，可以看出波束寬度和副瓣電平在頻帶內(nèi)變化不大，可以滿足指標(biāo)要求。

S波段天線半功率波束寬度在3.0°～3.2°第一副瓣電平的理論計(jì)算值小于-19.0dB，考慮制造誤差等因素還會(huì)使副瓣升高，留有一定余量，均能滿足指標(biāo)要求。

4 結(jié)語

本文給出了一種C/S雙頻段天線設(shè)計(jì)技術(shù)，通過對(duì)該天線方向圖的仿真計(jì)算結(jié)果和實(shí)測(cè)結(jié)果表明，該天線兩個(gè)頻段的增益、第一副瓣電平、波束寬度、零深等均滿足設(shè)計(jì)要求，該天線適合車載等物理空間相對(duì)狹窄的移動(dòng)平臺(tái)安裝使用。

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