S波段圆柱波导缝隙阵列天线设计

S波段圆柱波导缝隙阵列天线设计

詹寿云尹琴

中国电子科技集团第38研究所安徽合肥230031

摘要：本文介绍了S波段圆柱波导缝隙阵组成的圆形阵列天线设计,通过底部馈源的馈电，经圆柱波导壁隙缝阵辐射，实现水平极化和全向特性。利用AnsoftHFSS仿真设计并加工试验，实测结果与仿真结果吻合较好。对于实际生产中性能超差的阵列天线采用加载阻抗匹配环的方法进行性能优化，使该阵列天线性能达到最优。测试表明，该阵列天线的驻波≤2.5，相对带宽10%，Ｈ面全向最大增益为5.0dBi，垂直面波束宽度≥40。

关键词：缝隙；极化；全向；阵列

0引言

全向天线广泛应用于的军事、通信、广播等领域。全向天线的极化形式有水平极化、垂直极化和圆极化，垂直极化近似电偶极子的辐射，水平极化近似磁偶极子的辐射。本文介绍的水平极化全向天线是一种圆柱波导缝隙天线组成圆形阵列，该阵列天线结构简单，易于加工，可应用于S频段通信系统。

1圆形阵列天线原理

均匀圆形阵列（UCA）的辐射单元是等间距均匀分布于圆的外围且等幅同相激励，远场坐标用（）表示，如图1所示，圆形阵列辐射函数是在单元因子与阵列因子的共同作用下产生，见图2，其相应的方位面内远场表达式（1）为：

本文介绍的是S波段波导缝隙天线共形阵，极化方式为水平极化。圆柱波导上的缝隙阵结构如图4所示，其中r为圆柱形空腔内半径，d0为双层铅锤缝隙的间距，d1为第一层缝隙中心与地板的间距。本阵列天线使用二级过渡匹配柱作为馈源对缝隙阵列馈电，由单元缝隙组成的圆形阵列天线在阵中均匀分布7个缝隙，分上下两层，缝隙的纵向间距相同。为了有效形成全向性方向图，在每个缝隙旁附加一个耦合探针，通过探针耦合能够有效产生一个水平面全向的方向图。为了提高天线的不圆度，探针位置在纵向上交错分布，即第一行探针在缝隙的左边，第二行在缝隙的右边，且耦合探针位于缝隙中心处[3]。

3仿真结果及分析

利用高频仿真软件HFSS建立仿真结构图（见图5），并进行仿真计算，天线的各项参数设置为：圆柱形空腔的内径2a=1.1λ0，单元缝纵向间距d0为0.7λ0，横向缝隙在圆周上数量s为7，销钉直径为0.02λ0，销钉长度为λ0/4，缝隙宽度为2mm，缝隙长度为0.5λ0，缝隙中心与地板间距d1为0.75λ0。

由上图可知，天线在水平面上具有较好的全向特性，天线的驻波≤2.5，相对带宽10%，Ｈ面全向最大增益为5.0dBi，垂直面波束宽度≥40，增益起伏小于1.5dB。

4结语

本文介绍了S波段圆柱波导缝隙阵组成的圆形阵列天线，设计的天线获得了10%的相对带宽，仿真增益达5.0dBi，水平面不圆度小于1.0dB，垂直面波束宽度40°左右。

参考文献

[1]LarsJosefesson,PartrikPersson.ConformalArrayAntennaTheoryandDesign[M].北京.电子工业出版社.2012年3月:11-12.

[2]JohnD.Kraus,Ronald,J.Marhefka.Antennas:ForAllApplications[M]..北京.电子工业出版社.2005年2月:254-255.

[3]喻盛一种圆柱波导缝隙全向天线的设计[J].科技视界,2012(04):75-77.

作者简介

詹寿云1966年出生；籍贯：安徽霍邱；尹琴1979年出生；籍贯：安徽金寨；均工作于中电集团第38所部件装调分厂专业方向：微波工程与天线。