設(shè)計(jì)了一種無人機(jī)載雷達(dá)的Ku波段有源相控陣天線,分析了有源相控陣天線的系統(tǒng)組成、模塊布局和設(shè)計(jì)思路,實(shí)現(xiàn)了高集成、低剖面的有源相控陣天線設(shè)計(jì),并可同時實(shí)現(xiàn)SAR和GMTI功能。設(shè)計(jì)了32行線源的寬邊縱縫駐波陣形式的波導(dǎo)裂縫陣列天線,通過加脊和分區(qū)饋電法擴(kuò)展了天線的工作帶寬。采用FFT反演算法在微波近場暗室中對有源相控陣天線進(jìn)行了校正補(bǔ)償。實(shí)測結(jié)果表明該有源天線可以實(shí)現(xiàn)兩維-20dB的低副瓣電平,并可在俯仰向?qū)崿F(xiàn)±60°的相控陣掃描,實(shí)測方向圖與仿真結(jié)果相吻合。本天線具有寬帶寬角掃描、低副瓣、低剖面、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)。 

【文章來源】：雷達(dá)科學(xué)與技術(shù). 2020,18(02)北大核心

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

系統(tǒng)組成原理框圖

根據(jù)天線工作頻率和俯仰向單元間距，可以確定脊波導(dǎo)的截面尺寸，進(jìn)而確定中心頻率波導(dǎo)波長λg。由于駐波陣的波導(dǎo)裂縫間距為λg/2，因此根據(jù)λg和天線方位向結(jié)構(gòu)包絡(luò)尺寸可以確定波導(dǎo)裂縫的數(shù)目為24個。對于駐波陣波導(dǎo)裂縫天線而言，單根輻射波導(dǎo)上的輻射裂縫數(shù)越多則工作帶寬越窄[8]。因此，為了進(jìn)一步擴(kuò)展工作帶寬，并綜合考慮整體剖面高度，將24個波導(dǎo)裂縫分為4個子單元，每個子單元6個縫隙，采用中間饋電的形式。單根波導(dǎo)裂縫天線線源的仿真模型如圖2所示，為左右對稱分布形式。整個天線由3層波導(dǎo)組成，上層為輻射波導(dǎo)，中下兩層為饋電波導(dǎo)，采用E-T功分器的形式直接為輻射波導(dǎo)饋電，壓縮了天線的剖面高度尺寸，并可方便地調(diào)整功分比以控制方位向的口徑分布。下層波導(dǎo)將天線的兩個饋電端口分別轉(zhuǎn)移至陣面的左右兩邊緣，為T/R組件、波束形成網(wǎng)絡(luò)等各模塊的排布讓出空間。波導(dǎo)裂縫天線的各裂縫相對于波導(dǎo)中心的偏置量、縫長和傾角等參數(shù)對應(yīng)著裂縫的等效阻抗和導(dǎo)納，決定了波導(dǎo)裂縫天線的駐波和輻射特性，因此各波導(dǎo)裂縫參數(shù)的確定是波導(dǎo)裂縫天線設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。本天線線源要求方位向SAR波束的副瓣電平不大于-20dB，擬采用-24dB的Taylor加權(quán)。我們采用計(jì)算機(jī)仿真軟件輔助設(shè)計(jì)的方法[9]，提高天線設(shè)計(jì)的效率和準(zhǔn)確度。首先利用HFSS軟件提取波導(dǎo)裂縫端口的S參數(shù)，計(jì)算等效導(dǎo)納參數(shù)；然后利用Matlab軟件計(jì)算天線線源口徑面的激勵電平分布，并轉(zhuǎn)化為各波導(dǎo)裂縫的有源導(dǎo)納分布，計(jì)算出各裂縫的偏置量和縫長參數(shù)，建立初步模型；最后在HFSS中進(jìn)行仿真計(jì)算，通過反演算法多次迭代優(yōu)化設(shè)計(jì)，調(diào)整裂縫參數(shù)，可以得到較為理想的輻射方向圖和端口駐波[10]。

根據(jù)最終的仿真優(yōu)化模型，設(shè)計(jì)和制造了32行線源的Ku波段單脊波導(dǎo)裂縫天線陣列，采用多層鋁板分別數(shù)控加工再整體真空釬焊的工藝方式加工而成。線源間距9mm，在相鄰線源之間設(shè)置深度為λ/4的扼流槽以抵消位移電流，減小線源之間的互耦，并抑制交叉極化。按照上文所述的Ku波段有源相控陣天線系統(tǒng)組成，完成了波導(dǎo)裂縫天線陣面與T/R組件、波束形狀網(wǎng)絡(luò)等各組成模塊的裝配，實(shí)物照片如圖3所示。有源相控陣天線裝配完成后，由于器件一致性、加工誤差等因素，各有源通道之間存在固有的系統(tǒng)幅相誤差，需要對系統(tǒng)進(jìn)行校正補(bǔ)償。我們采用基于平面近場微波暗室的FFT反演算法[11]對俯仰向64個有源通道的幅相誤差進(jìn)行了校正補(bǔ)償。在微波暗室中采集被測天線的近場幅度、相位數(shù)據(jù)，反演得到口徑場的幅相分布，與理論值相比較可以計(jì)算得到各通道的幅相補(bǔ)償碼值，進(jìn)而可以在微波暗室中測試得到校正補(bǔ)償后的天線方向圖。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]高隔離度的連續(xù)波雷達(dá)收發(fā)天線系統(tǒng)[J]. 周旭,于嘉嵬.  現(xiàn)代雷達(dá). 2019(07)
[2]某型無人機(jī)載雷達(dá)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J]. 王朋,侯守武,劉巍.  電子機(jī)械工程. 2016(04)
[3]無人機(jī)載雷達(dá)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]. 劉亮,吉波.  現(xiàn)代導(dǎo)航. 2014(03)
[4]軍用無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及未來趨勢[J]. 陳黎.  航空科學(xué)技術(shù). 2013(02)
[5]無人機(jī)用于空軍戰(zhàn)略預(yù)警作戰(zhàn)的可行性分析[J]. 張振國,孫旭,孫文峰.  現(xiàn)代雷達(dá). 2012(10)
[6]寬帶單脊波導(dǎo)縫隙天線的設(shè)計(jì)[J]. 張文濤,楊暉,稂華清.  微波學(xué)報. 2011(03)
[7]基于HFSS的波導(dǎo)裂縫有源導(dǎo)納的計(jì)算方法[J]. 齊美清,汪偉,金謀平.  雷達(dá)科學(xué)與技術(shù). 2006(02)
[8]基于FFT校正相控陣天線的角度選擇[J]. 鄒永慶,曹軍,李廣忠.  微波學(xué)報. 2003(03)



本文編號：2983058