一種輕質高效的L波段波導陣列天線設計

顧保國 陳明

摘 ?要：文中介紹了一種新型的L波段波導縫隙陣列天線設計，該天線采用金屬同軸結構對輻射縫隙進行耦合饋電。饋電的同軸連接器與同軸饋電結構構成一個3dB功分器對多個輻射縫隙進行饋電。輻射縫隙位于矩形金屬腔體的上表面，輻射縫隙在矩形金屬腔體的一側且在一條線上。基于項目需求設計、加工了一套1×4單元天線線陣，測試結果表明，該天線在8%的頻段內駐波比優于1.5、天線輻射效率大于80%，滿足了項目的指標要求。

關鍵詞：波導縫隙天線 ?金屬同軸 ?耦合饋電 ?駐波比

中圖分類號：TN25 ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ?文章編號：1672-3791（2021）09（C）-0000-00

Design of A Novel L-Band Waveguide Antenna Array

GU Baoguo1 ?CHEN Ming2

（1.Unit 63726， PLA， Yinchuan， Ningxia Hui Autonomous Region，750004 China;2.The 38th Research Institute of CETC， Hefei， Anhui Province，230088 China）

Abstract： In this paper， the design of an efficient L band slot antenna array 230088is presented. The antenna adopts metal coaxial structure to feed the slot coupling. The feed connector and metal conductor constitute 3dB power divider. The radiation slot is located on the surface of the metal cavity. A demo array of 1×4 elements is designed， manufactured and tested. The experimental results show that the bandwidth of VSWR<1.5 is 8%， and the antenna radiation efficiency is greater than 80%.

Key Words： ?Waveguide slots antenna;Metal coaxial; Coupling feed;Standing-wave ratio

縫隙天線陣在現代電子工業中占據著重要位置，特別是已經廣泛應用于頻率掃描和一維掃描的相控陣天線單元。波導縫隙天線具有效率高、體積小、重量輕等優點，在雷達和微波通信系統中獲得了廣泛的應用。由于它的口徑分布便于控制、加工和安裝方便等優點，成為天線領域發展的一個重要方向。波導縫隙天線廣泛應用于通信、雷達、電子對抗、遙測遙感、天文及電視廣播等方面[1]。

隨著應用與需求的快速進展，一方面，工作于各個頻率的電子設備越來越多;另一方面，對于艦載、機載、星載等平臺受到空間有限的限制，對天線體積，重量，效率等提出了越來越嚴格的要求[2]，特別是在雷達系統中，天線所占用的比例較大，因此對其進行減重，剖面壓縮[3]，提高天線效率和集成化設計是有必要的[4]。

該文在傳統波導饋電縫隙天線[5]的基礎上提出了一種金屬同軸結構饋電的縫隙天線。該天線通過金屬同軸結構構成的3 dB功分網絡將射頻信號分為多路，每一路射頻信號通過空間耦合的方式對輻射縫隙饋電。由于這種結構形式的天線具有損耗小、橫截面小、重量輕、可靠性高和結構緊湊的優勢，在各種雷達上尤其是在艦載、機載和星載雷達中有著較為廣泛的應用前景。

1 ?金屬同軸饋電網絡設計

縫隙天線的金屬同軸功分網絡如圖1所示。金屬同軸線由一個內導體和金屬腔體結構構成，內導體位于金屬腔體的內部并與金屬腔體上表面平行，饋電的同軸連接器位于金屬腔體的中心位置，連接器的內導體深入腔體內部并與內導體接觸，同軸連接器與內導體結構構成T形結構構成一個3 dB功分器，即等功率分配器。通過調節匹配塊的長、寬、高來實現射頻信號的等幅、同相功分。

2 ?金屬同軸饋電的線陣設計

采用前文所述的金屬同軸功分網絡，設計了一種金屬同軸結構饋電的波導縫隙天線線陣，該縫隙天線線陣的單元數為4，由兩個一分二功分器分為4個輻射縫隙，如圖2所示。整個陣面的設計是基于有限元方法[6]的電磁分析商業軟件HFSS來完成的，天線單元導納與幾何參數提取與常規縫隙波導天線設計方法相同[7]，線陣的饋電端口的駐波仿真結果參見圖3所示，可以看出在8%工作頻帶內天線駐波小于1.7。

3 ?測試結果

整個天線陣面采取精密機械加工一次成型，整個天線采取真空釬焊焊接技術。在平面近場微波暗室內對天線陣的各性能指標進行了測試，如圖4、圖5所示。結果表明該天線在1.2～1.3 GHz的設計頻帶內駐波比優于1.5，天線輻射效率優于80%。

4 ?結語

該文介紹了一種輕質、高效的L波段1×4單元縫隙波導陣列天線的設計，為實現天線的小型化、高效率設計，金屬同軸饋電結構集成于金屬腔體的內部。通過真空釬焊焊接技術加工將整個線陣一次成型。實際測試結果天線的總口駐波小于1.5、天線輻射效率大于80%。結果表明，這些技術措施十分有效，可用于同類型波導縫隙陣列天線的設計。

參考文獻

[1]魯加國，汪偉，盧曉鵬，等.波導縫隙天線研究中的“三匹配”問題[J].雷達科學與技術，2020，18（2）：115-123.

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[3]高卓遠.基片集成波導縫隙天線及陣列研究[D].南京：東南大學，2020.

[4]郝宏剛，李江，張婷，等.基于基片集成波導饋電的Ka波段漸變縫隙天線設計[J].電子與信息學報，2020，42（3）：582-588.

[5] 潘健，彭力.一種應用于WLAN的小型化定向輻射天線的設計[J].現代雷達，2021，43（2）：53-56.

[6] 沈夢雨.基于有限元方法的大型天線陣列仿真分析[D].西安：西安電子科技大學，2020.

[7] 宋立眾，周輝媛，宋傳超.雙極化共面波導饋電縫隙單極子天線研究[J].航空兵器，2019，26（3）：46-51.

作者簡介：顧保國（1979—）， 男，碩士，高級工程師，主要從事測控裝備應用技術研究工作。

陳明（1983—） ， 男， 博士，高級工程師，研究方向為天饋系統設計。

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2110-5042-3401