平板裂縫天線饋電網絡關鍵器件設計

何義奎

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平板裂縫天線饋電網絡關鍵器件設計

何義奎

四川航天職業技術學院，四川 成都 610100

波導裂縫天線與傳統拋物面天線相比具有很多優勢，成為雷達天線的首選形式。根據雷達安裝空間有限的要求，對天線饋電網絡的結構、波導魔T設計、H-T組件設計、階梯波導匹配組件設計等關鍵技術進行了分析，對這類天線饋電網絡的設計具有一定指導作用。

波導裂縫天線；饋電網絡；波導魔T；H-T組件設計；階梯波導匹配組件

引言

波導裂縫天線是一種在波導壁上開縫的天線，電磁場能量從裂縫輻射出來形成一定形狀的波束，只要天線口徑分布控制得當，就可以形成低副瓣和極低副瓣天線。這種天線可以將數根波導排列成一個平面，所以也常稱為平板天線。因平面結構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用廣泛。[1]由于受安裝空間的限制，對波導裂縫天線饋電網絡的尺寸提出了嚴格的要求。長期以來，饋電網絡的設計一直是困擾人們的一個難題，本文將對波導裂縫天線饋電網絡設計中的幾個關鍵技術進行分析。

1 饋電網絡整體結構設計

這里設計的裂縫天線是一種正六邊形結構，是圓的內接正六邊形，天線結構示意圖如圖1所示。輻射陣面可以分為四個象限，圖1中的A、B、C、D，MT1、MT2、HT代表比較器，也就是魔T。魔T是一種四端口結構，兩個對稱端口稱為平分臂，另兩個端口為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象限收集的信號與MT1的兩平分臂進入，C、D象限收集的信號從MT2的平分臂進入，于是從MT1的H臂輸出的信號就是A+B，E臂輸出的信號就是A-B；從MT2H臂輸出的信號是C+D，E臂輸出的就是C-D；然后將MT1和MT2和口信號送入MT3的平分臂，差口信號送入HT的平分臂，于是從MT3的H臂出來的就是和信號（A+B）+（C+D），E臂出來的就是俯仰差（A+B）-（C+D），從HT和口出來的就是方位差（A-B）+（C-D）。

圖1 饋電網絡原理圖

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格限制，天線的饋電網絡有3個魔T、一個H-T和數根彎頭波導構成。其中，魔T不能采用標準魔T，因為標準魔T是一種空間結構，占據空間較大，必須對魔T進行改進。

2 波導魔T設計

標準魔T的四個臂成空間結構，考慮到天線整體厚度的限制，我們將魔T的E臂作改進，將E臂換成波導縱縫饋電。通過軟件仿真優化縫的長度和開縫位置，這樣便達到縮小饋電網絡厚度的目的。[3]為了防止在E臂中產生駐波，可以在縫的端頭加入銷釘，達到匹配狀態。通過HFSS軟件仿真，發現四個端口的電壓駐波比都比較小，H臂和改進后的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（dB）

（c）和口與差口隔離度

前面已對平板縫隙天線饋電網絡中的關鍵部件（魔T）進行了仿真設計，把這些部件組合起來就可形成饋電網絡，然后采用HFSS軟件進行整體仿真分析，并作適當微調，就可以達到設計要求。

[1]劉濂.階梯扭波導的分析與試驗[J].現代雷達，1995，17 （4）：44-54.

[2]金林，何國瑜.平板裂縫天線阻抗匹配設計的研究[J].微波學報，2000，16（4）；373-377.

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

何義奎（1973—），男，碩士研究生，講師，主要研究方向為電路與系統。

TN823.24

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1009-6434（2016）04-0020-01