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基于车载雷达系统的波导缝隙天线设计

发布时间:2020-07-21 18:23:38 阅读: 来源:搪玻璃反应釜厂家

O 引言

本文引用地址:波导缝隙天线自上世纪中叶以来有了很大的发展,广泛用于地面、舰载、机载、导航等各个领域。由于缝隙阵列天线对天线口径面内的幅度分布容易控制,口径面利用率高,体积小,易于实现低或极低副瓣等特点,因而使其获得广泛使用。在波导缝隙天线的研究方面,许多学者对缝隙天线理论和实验进行了大量基础性的研究工作,因而波导缝隙天线的理论越来越成熟。本文所设计的就是基于车载雷达系统应用的一种小型波导缝隙天线。该天线要求在水平面内具有宽波束的特点,能够覆盖比较宽的范围,从而更有效地提高车辆的战场生存能力。天线需要满足的性能指标如下:a.增益:大于11dB;b.3dB波束宽度:E面为20°,H面为110°;c.副瓣电平:小于-13dB;d.驻波比:小于2。

为简化设计起见,本设计采用波导宽壁斜缝谐振阵的方式,切割的缝隙数为4个,达到了指标要求的效果。

1 理论分析

1.1 串联缝隙阵的模型

由波导内的场分布情况可知:当波导宽边中心开斜缝时,窄缝在纵向不切割电流线;在缝的横向由于对电场的扰动,使得总电场在缝的两侧发生跳变,即电压跳变,故相当于在传输线上串联了一个阻抗。对中心馈电的谐振线阵模型来说,假设波导壁上开有Ⅳ爪斜缝,缝与缝中心间距λg/2,为取得同相激励,相邻缝交叉倾斜放置,波导末端短路板距终端缝隙λg/2,以使缝隙中心处于电压或电流最大值位置,线阵模型如图1所示。

其等效电路如图2所示。

图中所示均为归一化的等效电阻。

1.2 缝隙特性参数的分析

在天线工作频率的选取上,本雷达系统的工作频率为10.5GHz,故该天线的工作频率为10.5GHz,,对于阵列中各单元以等间距位于直线上的线阵,其阵列因子可表示为:

其中An为激励的幅度,θ为观察方向与直线的夹角,d为阵元间距。由于谐振阵各单元是同相的,即φn=O,则上式可简化为:

当u=2mπ,m=O,±1,…时,S取最大值,且m=0时为主瓣。为了实现低副瓣并使主瓣展宽,采用中心馈电从阵中到边缘幅度递减,按泰勒线源分布加权各缝隙,两边呈对称分布,其方向图零点位置由下式决定:

将后一项按多项式展开,Z的各次幂系数即为相对应的激励幅度。

由图2,当波导采用中心馈电并处于谐振的时候(其阻抗虚部为零),对泰勒分布而言,则有:

将之前得到的每个缝隙的激励幅度代入即可求得相应的归一化电阻值,在本设计中N取4。

evenson利用洛伦兹互易定理及波导中功率的平衡方程,得到了串联缝隙的归一化等效电阻表示式为:

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