波导缝隙阵天线

1、波导缝隙阵1、设计背景缝隙大线是由金属面卜.的缝隙构成的天线。波导缝隙阵天线具有II面场分布容易控制、 夭线11径效率高、性能稳定结构简单紧凑、强度高、安装方便等特点，而且容易实现窄波束、 低副瓣乃至超低副瓣。最近十儿年，随着对雷达抗干扰要求的提高，脉冲多普勒雷达的发展，矩形波导缝隙 阵大线在这些需要窄波束或赋性波束的微波通信和雷达系统中获得了广泛应用。特别是它貝 有体积小、重量轻、丨|径效率高、宽角副瓣低等特点，在机載雷达上为优选形式。波导上的缝隙随着其切割位置的不同构成了不同形式的缝隙。经常使用的缝隙有开在 波导窄边的倾斜缝隙，开在波导宽边的纵向缝隙、横向缝隙以及开在波导宽边中心线上到倾

2、斜缝隙，它们既可以是谐振式的，也可以使非谐振式的。由于这些缝隙均切割表面电流，因 而将向外部空间辐射能量，对这些缝隙的个数、位置、尺寸、排列进行精心选择，就能产生 各种实用的夭线方向图。2、设计原理这里考虑宽边纵向谐振式驻波阵列，每个缝隙柑距0 5化，距离波导宽边中心有一定偏g = g 1 s 1 n2移。宽边上纵向并联缝隙的电导为(1)(2)式中.x为待求的偏移：a为波导内壁宽边长度：Ag为波导波长。在具体的设计中可以利用HFSS的优化功能确定缝隙的谐振长度(图1)。首先确定在谐振缝隙设计中存在的儿个变崑, 主要有：缝隙偏移波导中心线的距离Offset,缝隙长度L,缝隙的宽度W等。一般可根据

3、实 际的加工确定出W缝隙的宽度，应用HFSS的优化功能得出Offset和Length。在波端I 1的 Y矩阵参数可以等效丁距检测端I的二分之一个波导波长的缝隙中心的Y矩阵参数，根据 波导缝隙的基本设计理论，在谐振时缝隙的等效阻抗或导纳为实数。因此当缝隙谐振时有 Im (Y) =0o短 路波 端【1图】、单缝谐振长度优化示总图设计一个由20个缝隙组成的缝隙阵采用Chebshev电流分布要求30的旁瓣电平.利 用MATLAB算出20个缝隙的电平分布：(3)w = cheb win (20.30)nannannannan10 3256607315111 0000160 620320 285670 8

4、310120 9701170 504630 391080 9124130 9124180.391040 504690 9701140.8310190.285650 6203101 0000150.7315200.3256表1、各个缝隙的电平分布根据电平分布进行归一化(4)xn-l可以得出 3 1004。由下式可以得到各个缝隙的导纳值：gn = &；(5)各个缝隙的导纳值如表2：nSnngnngnngn10 010660 0537110.1004160 03860 008270 0693120 0945170 025630 015480 0836130 0836180 015440 025690

5、 0945140.0693190.008250 0386100 1004150 0537200 0106表2、各个缝隙的导纳值选用WR-9型波导，其波导尺寸为：宽边a=22 86mm.窄边b=1016mm。匸作频率为10GHz,工作波长2 = 30nim，波导波长为人=39.755 mm。根据波导各个尺寸可得偏移量与导纳之间的工作关系为x = arcsm (1 066 J&口 )(6)n由上述导纳值可以求得各个缝隙的偏移量nnnnxn10 802061.8168112.5074161.5362o0 703172 0705122.4294171 246430 964082 2799132.279

6、9180 964041 2464924294142.0705190 703151 5362102 5074151 8168200 80203、HFSS软件的仿真实现本例利用HFSS软件设计波导缝隙阵天线。大线的中心频率10GHz选用WR-90型波 导，其具体指标为：宽边22.86mm.窄边106mm波导波长39 755mm。dB(GainTotal)1.9052e*001 1. 48Hle*tl 1.06308*001 6.4193e*000 2.2085c*000 -2.0023e*000 -6.2131e*000 -1.0424e*001 -1.H635e*0Ol -1.88H6e*001

7、 2.3056e*001 -2.7267e*001 -3.1478e*001 -3.5689e4.001 -3.99006*001 -4.41108*001 -4.83216*001图3：缝隙阵的3D増益方向图30NameThetaAngMagml0.00000.000019.0516m21OCOOO10.00009.499-12090Curve Info dB(GainTotal) Setup 1 : LastAdaptive FreqlOGHz* Phi-Odeg* dB(GainTotal) Setup 1 : LastAdaptive Freq-IOGHz Phi*90deg*3030

8、图4：缝隙阵的2D远场方向图XY Plot 4CKvemiodtXOfiinTotai) Setup仁 LastAdaptvc FreqlOGHT L1=1369rnri Li0 l3.69mfn l.ueloHu 帝 oaG3030图5：缝隙阵H面增益立角图XY Plot 1HFSSDesiflnl 上-17.500 002.50-5 007501250-15 009 SO9.7510 00FreqfGHzlioXY Plot 1HFSSDesiflnl 上XY Plot 1HFSSDesiflnl 上图& Sil参数图XY Plot 1HFSSDesiflnl 上图7： VSWR参数图从上面的方向图可以看出该缝隙的主瓣的増益达到19.05dB, II呈现笔形波束。而 第一副瓣约为95dB,与主瓣相差28 55dB左右，满足波导