一種輕質(zhì)高效的L波段波導(dǎo)陣列天線(xiàn)設(shè)計(jì)

顧保國(guó) 陳明

摘 ?要：文中介紹了一種新型的L波段波導(dǎo)縫隙陣列天線(xiàn)設(shè)計(jì)，該天線(xiàn)采用金屬同軸結(jié)構(gòu)對(duì)輻射縫隙進(jìn)行耦合饋電。饋電的同軸連接器與同軸饋電結(jié)構(gòu)構(gòu)成一個(gè)3dB功分器對(duì)多個(gè)輻射縫隙進(jìn)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(cè)且在一條線(xiàn)上。基于項(xiàng)目需求設(shè)計(jì)、加工了一套1×4單元天線(xiàn)線(xiàn)陣，測(cè)試結(jié)果表明，該天線(xiàn)在8%的頻段內(nèi)駐波比優(yōu)于1.5、天線(xiàn)輻射效率大于80%，滿(mǎn)足了項(xiàng)目的指標(biāo)要求。

關(guān)鍵詞：波導(dǎo)縫隙天線(xiàn) ?金屬同軸 ?耦合饋電 ?駐波比

中圖分類(lèi)號(hào)：TN25 ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ?文章編號(hào)：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(xiàn)陣在現(xiàn)代電子工業(yè)中占據(jù)著重要位置，特別是已經(jīng)廣泛應(yīng)用于頻率掃描和一維掃描的相控陣天線(xiàn)單元。波導(dǎo)縫隙天線(xiàn)具有效率高、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，在雷達(dá)和微波通信系統(tǒng)中獲得了廣泛的應(yīng)用。由于它的口徑分布便于控制、加工和安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，成為天線(xiàn)領(lǐng)域發(fā)展的一個(gè)重要方向。波導(dǎo)縫隙天線(xiàn)廣泛應(yīng)用于通信、雷達(dá)、電子對(duì)抗、遙測(cè)遙感、天文及電視廣播等方面[1]。

隨著應(yīng)用與需求的快速進(jìn)展，一方面，工作于各個(gè)頻率的電子設(shè)備越來(lái)越多;另一方面，對(duì)于艦載、機(jī)載、星載等平臺(tái)受到空間有限的限制，對(duì)天線(xiàn)體積，重量，效率等提出了越來(lái)越嚴(yán)格的要求[2]，特別是在雷達(dá)系統(tǒng)中，天線(xiàn)所占用的比例較大，因此對(duì)其進(jìn)行減重，剖面壓縮[3]，提高天線(xiàn)效率和集成化設(shè)計(jì)是有必要的[4]。

該文在傳統(tǒng)波導(dǎo)饋電縫隙天線(xiàn)[5]的基礎(chǔ)上提出了一種金屬同軸結(jié)構(gòu)饋電的縫隙天線(xiàn)。該天線(xiàn)通過(guò)金屬同軸結(jié)構(gòu)構(gòu)成的3 dB功分網(wǎng)絡(luò)將射頻信號(hào)分為多路，每一路射頻信號(hào)通過(guò)空間耦合的方式對(duì)輻射縫隙饋電。由于這種結(jié)構(gòu)形式的天線(xiàn)具有損耗小、橫截面小、重量輕、可靠性高和結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)勢(shì)，在各種雷達(dá)上尤其是在艦載、機(jī)載和星載雷達(dá)中有著較為廣泛的應(yīng)用前景。

1 ?金屬同軸饋電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

縫隙天線(xiàn)的金屬同軸功分網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。金屬同軸線(xiàn)由一個(gè)內(nèi)導(dǎo)體和金屬腔體結(jié)構(gòu)構(gòu)成，內(nèi)導(dǎo)體位于金屬腔體的內(nèi)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(nèi)導(dǎo)體深入腔體內(nèi)部并與內(nèi)導(dǎo)體接觸，同軸連接器與內(nèi)導(dǎo)體結(jié)構(gòu)構(gòu)成T形結(jié)構(gòu)構(gòu)成一個(gè)3 dB功分器，即等功率分配器。通過(guò)調(diào)節(jié)匹配塊的長(zhǎng)、寬、高來(lái)實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)的等幅、同相功分。

2 ?金屬同軸饋電的線(xiàn)陣設(shè)計(jì)

采用前文所述的金屬同軸功分網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計(jì)了一種金屬同軸結(jié)構(gòu)饋電的波導(dǎo)縫隙天線(xiàn)線(xiàn)陣，該縫隙天線(xiàn)線(xiàn)陣的單元數(shù)為4，由兩個(gè)一分二功分器分為4個(gè)輻射縫隙，如圖2所示。整個(gè)陣面的設(shè)計(jì)是基于有限元方法[6]的電磁分析商業(yè)軟件HFSS來(lái)完成的，天線(xiàn)單元導(dǎo)納與幾何參數(shù)提取與常規(guī)縫隙波導(dǎo)天線(xiàn)設(shè)計(jì)方法相同[7]，線(xiàn)陣的饋電端口的駐波仿真結(jié)果參見(jiàn)圖3所示，可以看出在8%工作頻帶內(nèi)天線(xiàn)駐波小于1.7。

3 ?測(cè)試結(jié)果

整個(gè)天線(xiàn)陣面采取精密機(jī)械加工一次成型，整個(gè)天線(xiàn)采取真空釬焊焊接技術(shù)。在平面近場(chǎng)微波暗室內(nèi)對(duì)天線(xiàn)陣的各性能指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)試，如圖4、圖5所示。結(jié)果表明該天線(xiàn)在1.2～1.3 GHz的設(shè)計(jì)頻帶內(nèi)駐波比優(yōu)于1.5，天線(xiàn)輻射效率優(yōu)于80%。

4 ?結(jié)語(yǔ)

該文介紹了一種輕質(zhì)、高效的L波段1×4單元縫隙波導(dǎo)陣列天線(xiàn)的設(shè)計(jì)，為實(shí)現(xiàn)天線(xiàn)的小型化、高效率設(shè)計(jì)，金屬同軸饋電結(jié)構(gòu)集成于金屬腔體的內(nèi)部。通過(guò)真空釬焊焊接技術(shù)加工將整個(gè)線(xiàn)陣一次成型。實(shí)際測(cè)試結(jié)果天線(xiàn)的總口駐波小于1.5、天線(xiàn)輻射效率大于80%。結(jié)果表明，這些技術(shù)措施十分有效，可用于同類(lèi)型波導(dǎo)縫隙陣列天線(xiàn)的設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

[1]魯加國(guó)，汪偉，盧曉鵬，等.波導(dǎo)縫隙天線(xiàn)研究中的“三匹配”問(wèn)題[J].雷達(dá)科學(xué)與技術(shù)，2020，18（2）：115-123.

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作者簡(jiǎn)介：顧保國(guó)（1979—）， 男，碩士，高級(jí)工程師，主要從事測(cè)控裝備應(yīng)用技術(shù)研究工作。

陳明（1983—） ， 男， 博士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)樘祓佅到y(tǒng)設(shè)計(jì)。

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