平板裂缝天线馈电网络关键器件设计

2016-03-17 03:23何义奎
移动信息 2016年4期
关键词:馈电平分波导

何义奎



平板裂缝天线馈电网络关键器件设计

何义奎

四川航天职业技术学院,四川 成都 610100

波导裂缝天线与传统抛物面天线相比具有很多优势,成为雷达天线的首选形式。根据雷达安装空间有限的要求,对天线馈电网络的结构、波导魔T设计、H-T组件设计、阶梯波导匹配组件设计等关键技术进行了分析,对这类天线馈电网络的设计具有一定指导作用。

波导裂缝天线;馈电网络;波导魔T;H-T组件设计;阶梯波导匹配组件

引言

波导裂缝天线是一种在波导壁上开缝的天线,电磁场能量从裂缝辐射出来形成一定形状的波束,只要天线口径分布控制得当,就可以形成低副瓣和极低副瓣天线。这种天线可以将数根波导排列成一个平面,所以也常称为平板天线。因平面结构易于与飞行体表面共形,所以裂缝天线在航空航天飞行器上应用广泛。[1]由于受安装空间的限制,对波导裂缝天线馈电网络的尺寸提出了严格的要求。长期以来,馈电网络的设计一直是困扰人们的一个难题,本文将对波导裂缝天线馈电网络设计中的几个关键技术进行分析。

1 馈电网络整体结构设计

这里设计的裂缝天线是一种正六边形结构,是圆的内接正六边形,天线结构示意图如图1所示。辐射阵面可以分为四个象限,图1中的A、B、C、D,MT1、MT2、HT代表比较器,也就是魔T。魔T是一种四端口结构,两个对称端口称为平分臂,另两个端口为H臂和E臂。H臂输出等于两平分臂之和,E臂输出等于两平分臂之差。[2]将A、B象限收集的信号与MT1的两平分臂进入,C、D象限收集的信号从MT2的平分臂进入,于是从MT1的H臂输出的信号就是A+B,E臂输出的信号就是A-B;从MT2H臂输出的信号是C+D,E臂输出的就是C-D;然后将MT1和MT2和口信号送入MT3的平分臂,差口信号送入HT的平分臂,于是从MT3的H臂出来的就是和信号(A+B)+(C+D),E臂出来的就是俯仰差(A+B)-(C+D),从HT和口出来的就是方位差(A-B)+(C-D)。

图1 馈电网络原理图

由于单脉冲裂缝天线的安装空间有限,所以天线的整体厚度受到严格限制,天线的馈电网络有3个魔T、一个H-T和数根弯头波导构成。其中,魔T不能采用标准魔T,因为标准魔T是一种空间结构,占据空间较大,必须对魔T进行改进。

2 波导魔T设计

标准魔T的四个臂成空间结构,考虑到天线整体厚度的限制,我们将魔T的E臂作改进,将E臂换成波导纵缝馈电。通过软件仿真优化缝的长度和开缝位置,这样便达到缩小馈电网络厚度的目的。[3]为了防止在E臂中产生驻波,可以在缝的端头加入销钉,达到匹配状态。通过HFSS软件仿真,发现四个端口的电压驻波比都比较小,H臂和改进后的E臂到两平分臂近似为3dB等功分,和口与差口的隔离度很大。分别如图2(a)(b)(c)所示。

(a)魔T端口VSWR

(b)传输系数(dB)

(c)和口与差口隔离度

前面已对平板缝隙天线馈电网络中的关键部件(魔T)进行了仿真设计,把这些部件组合起来就可形成馈电网络,然后采用HFSS软件进行整体仿真分析,并作适当微调,就可以达到设计要求。

[1]刘濂.阶梯扭波导的分析与试验[J].现代雷达,1995,17 (4):44-54.

[2]金林,何国瑜.平板裂缝天线阻抗匹配设计的研究[J].微波学报,2000,16(4);373-377.

[3]李俊沛,等.平板裂缝天线功率耦合装置[J].现代雷达,1992,14(4):86-93.

何义奎(1973—),男,硕士研究生,讲师,主要研究方向为电路与系统。

TN823.24

A

1009-6434(2016)04-0020-01

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