平板裂缝天线馈电网络关键器件设计

2016-03-17何义奎

移动信息 2016年4期

关键词：馈电平分波导

何义奎

平板裂缝天线馈电网络关键器件设计

何义奎

四川航天职业技术学院，四川成都 610100

波导裂缝天线与传统抛物面天线相比具有很多优势，成为雷达天线的首选形式。根据雷达安装空间有限的要求，对天线馈电网络的结构、波导魔T设计、H-T组件设计、阶梯波导匹配组件设计等关键技术进行了分析，对这类天线馈电网络的设计具有一定指导作用。

波导裂缝天线；馈电网络；波导魔T；H-T组件设计；阶梯波导匹配组件

引言

波导裂缝天线是一种在波导壁上开缝的天线，电磁场能量从裂缝辐射出来形成一定形状的波束，只要天线口径分布控制得当，就可以形成低副瓣和极低副瓣天线。这种天线可以将数根波导排列成一个平面，所以也常称为平板天线。因平面结构易于与飞行体表面共形，所以裂缝天线在航空航天飞行器上应用广泛。[1]由于受安装空间的限制，对波导裂缝天线馈电网络的尺寸提出了严格的要求。长期以来，馈电网络的设计一直是困扰人们的一个难题，本文将对波导裂缝天线馈电网络设计中的几个关键技术进行分析。

1 馈电网络整体结构设计

这里设计的裂缝天线是一种正六边形结构，是圆的内接正六边形，天线结构示意图如图1所示。辐射阵面可以分为四个象限，图1中的A、B、C、D，MT1、MT2、HT代表比较器，也就是魔T。魔T是一种四端口结构，两个对称端口称为平分臂，另两个端口为H臂和E臂。H臂输出等于两平分臂之和，E臂输出等于两平分臂之差。[2]将A、B象限收集的信号与MT1的两平分臂进入，C、D象限收集的信号从MT2的平分臂进入，于是从MT1的H臂输出的信号就是A+B，E臂输出的信号就是A-B；从MT2H臂输出的信号是C+D，E臂输出的就是C-D；然后将MT1和MT2和口信号送入MT3的平分臂，差口信号送入HT的平分臂，于是从MT3的H臂出来的就是和信号（A+B）+（C+D），E臂出来的就是俯仰差（A+B）-（C+D），从HT和口出来的就是方位差（A-B）+（C-D）。

图1 馈电网络原理图

由于单脉冲裂缝天线的安装空间有限，所以天线的整体厚度受到严格限制，天线的馈电网络有3个魔T、一个H-T和数根弯头波导构成。其中，魔T不能采用标准魔T，因为标准魔T是一种空间结构，占据空间较大，必须对魔T进行改进。

2 波导魔T设计

标准魔T的四个臂成空间结构，考虑到天线整体厚度的限制，我们将魔T的E臂作改进，将E臂换成波导纵缝馈电。通过软件仿真优化缝的长度和开缝位置，这样便达到缩小馈电网络厚度的目的。[3]为了防止在E臂中产生驻波，可以在缝的端头加入销钉，达到匹配状态。通过HFSS软件仿真，发现四个端口的电压驻波比都比较小，H臂和改进后的E臂到两平分臂近似为3dB等功分，和口与差口的隔离度很大。分别如图2（a）（b）（c）所示。