為了實現(xiàn)高功率共形陣列天線,提出并設(shè)計了一種可用于柱面組陣的Ku波段80單元長直線螺旋陣列天線。通過對探針結(jié)構(gòu)的改進,并在饋電系統(tǒng)中采用多種形式探針,解決了長直線陣列設(shè)計中饋電系統(tǒng)反射大、單元耦合需求差異大的問題,實現(xiàn)了單元天線的近似等幅饋電。通過對封口方式的改進,確保了該直線陣對能量的充分利用。陣列天線設(shè)計結(jié)果表明:在12～13 GHz的頻帶范圍內(nèi)反射系數(shù)小于-28 dB;在中心頻點12.5 GHz處增益為26.1 dB,軸比為1.72 dB,設(shè)計功率容量為166 MW,口徑效率達到90%。該陣列天線具備高功率、高增益優(yōu)勢的同時,能夠更好地適應(yīng)柱面共形的需求。 

【文章來源】：電子元件與材料. 2020年08期 北大核心

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

柱面共形陣合成原理圖

設(shè)計中采用的13.6 mm的窄波導(dǎo)結(jié)構(gòu)保證了波導(dǎo)內(nèi)能量的單模傳輸,提高饋電系統(tǒng)的幅頻一致性,但也導(dǎo)致了波導(dǎo)內(nèi)的電磁能量更為集中,為饋電系統(tǒng)的設(shè)計帶來較大困難。為保證電磁能量的耦合,探針通常被放置在電磁能量較為集中的位置。但在窄波導(dǎo)饋電系統(tǒng)中,該方式會破壞波導(dǎo)內(nèi)電磁能量傳輸?shù)倪B續(xù)性,從而影響波導(dǎo)內(nèi)電磁能量的傳輸,使得波導(dǎo)內(nèi)大部分的電磁能量由于耦合探針的阻擋反射回波導(dǎo)饋入口,對后續(xù)單元的耦合產(chǎn)生了極為不利的影響。而電探針的形式雖然可以減小這種影響,但容易引起電場集中,不適用于高功率饋電系統(tǒng)�？紤]到窄波導(dǎo)中傳輸?shù)臑門E10模,波導(dǎo)內(nèi)的能量主要集中在波導(dǎo)中部,靠近波導(dǎo)壁處的能量較少,可以將探針偏移波導(dǎo)中心位置,從而減小探針對電磁波傳輸?shù)挠绊�。通過仿真,得到探針距離波導(dǎo)中心位置距離與反射及耦合能力的關(guān)系如圖3所示。圖3 探針偏離中心位置耦合與反射能力圖

圖2 長直線螺旋陣列天線結(jié)構(gòu)示意圖當(dāng)探針偏離波導(dǎo)中心位置時,由于探針?biāo)幬恢玫碾妶瞿芰恐饾u減少,其對矩形波導(dǎo)內(nèi)能量傳輸?shù)母蓴_也逐漸減小,從而有效地抑制了探針插入對波導(dǎo)的影響。而探針的耦合量主要與同軸輸出口的尺寸及形狀的關(guān)系較大,當(dāng)探針偏移距離較小時,探針輸出同軸變化不大,因而其整體耦合變化不大;當(dāng)探針距離波導(dǎo)壁較近時,由于輸出同軸口的結(jié)構(gòu)不對稱性,導(dǎo)致了其耦合能力受到較大影響;在探針進一步嵌入波導(dǎo)壁后,該問題得到緩解。根據(jù)上述規(guī)律,提出了如圖4所示的波導(dǎo)壁嵌入式探針結(jié)構(gòu)。通過將探針的一部分嵌入到饋電波導(dǎo)的波導(dǎo)壁中,可以有效地減小探針對矩形波導(dǎo)內(nèi)電磁能量的影響,利用該結(jié)構(gòu),饋電系統(tǒng)的反射系數(shù)從開始時的完全反射減小至-25 dB以下。通過調(diào)節(jié)探針的嵌入深度,可以保證單元探針具有較高的初始耦合量,以便于饋電系統(tǒng)的后續(xù)設(shè)計。

【參考文獻】：
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