阵列天线与毫米波紧缩场天线研究

摘要

波导缝隙阵列天线由于其结构紧凑、机械强度高、口径分布容易控制等优越条件而得到广泛应用。驻波阵波导缝隙阵列天线常称为平板裂缝阵列天线,它可以实现单脉冲功能,获得高口径利用效率,并可实现低副瓣、超低副瓣和远区副瓣电平递减的性能。
　　 微带印刷天线因其自身优点而广泛应用在雷达、通信等多个领域,这些应用不仅对天线波束形状提出了特定要求,而且对天线及馈电系统的体积和重量也有苛刻的限制。因此,微带阵列天线在具有低副瓣和高增益特性的同时,研究小型化、高机动性、轻量化的研究具有重大的理论和工程意义。
　　 紧缩场(CATR:Compact Antenna Test Range)是精密的反射面配合馈源的合理照射,可在近距离上获得较为理想的准均匀平面波,从而满足远场测试要求。反射面紧缩场是至今技术发展最成熟的一种紧缩场,也是常规微波波段应用最广泛的一类紧缩场,它的通用性和先进性已得到了全世界范围的公认。紧缩场测试解决了外场测试距离大、受气候影响大、保密性差、背景电平高等缺点。
　　 本文紧密结合科研项目“平板裂缝阵列天线技术改进”、“平面预警雷达天线”及“紧缩场测试与研制”,对平板裂缝阵列天线远区副瓣进行优化设计,设计了印刷阵列预警雷达天线和毫米波紧缩场天线。主要工作包括以下方面:
　　 1.根据平板裂缝阵列天线的改进设计要求,论证了天线的整体结构方案的正确性。利用矩量法、单端口法、双端口法分别对缝隙自导纳进行计算,给出多项式拟合后的缝隙偏置与自导纳、缝隙偏置与谐振长度的关系曲线。结合口径场诊断法,通过微调辐射缝隙参数改善E面远区副瓣电平；利用遗传算法对不等间距辐射单元幅度分布进行优化,寻找改善E面远区副瓣电平方法。最后,对优化后的天线进行加工、测试,测试结果表明天线达到设计指标要求。
　　 该改进型平板裂缝阵列天线已经成功应用于某飞行器雷达系统。
　　 2.根据预警雷达天线技术指标,结合微带印刷阵列天线自身独特的优点及其在现代雷达和通信等领域中的广泛应用,设计并制作了平面印刷阵列天线。工作主要集中在行天线的设计,通过设计使该阵列天线在方位面具有低副瓣、俯仰面具有赋形波束的特点。对双层紧凑型微带/带状线混合馈电网络在不同频段工程中的应用进行了深入研究,如带状线双层过渡形势、行馈网络整体驻波比与幅相分布调试细节等。通过调试得到满足要求的行馈网络。该网络具有易于集成、损耗小、重量轻、结构紧凑等优点。最后,在微波暗室内采用平面近场测量的方法测量对阵列天线进行检测,包括单元检测和阵面检测。
　　 3.根据毫米波紧缩场天线的技术指标,对紧缩场各项设计内容进行设计。首先,结合角锥喇叭在反射面边缘照射电平下降快与波纹喇叭波瓣宽度宽的特点,设计了新型的反射面一体化馈源。其次,在原有紧缩场基础上给出了毫米波紧缩场反射面设计。反射面的边缘设计采用工程上常用的锯齿边缘处理方法,以此来减小边缘绕射对静区特性的影响。并对处于强场区的馈源支架进行重新设计,使得其处于场中的截面减小,减弱对静区的比例影响。最后,对毫米波紧缩场静区特性进行检测。检测结果表明,设计满足要求。