波导缝隙阵天线的设计和仿真.pdf

波导缝隙天线的设计和仿真 Ansoft软件西安电子科技大学培训基地 西安电子科技大学天线与微波国家重点实验室 2004.10 波导馈电的缝隙阵天线自第二次世界大战以 后有很大发展。 它广泛用于各种领域： 1、地面、舰载、机载雷达 2 、导航雷达 3 、气象雷达 4 、雷达信标天线 LL 特别最近十几年，随着对雷达抗干扰要求 的提高、脉冲多普勒可视雷达的发展，要求天 线应具有低副瓣或极低副瓣的性能，使波导缝 隙天线成为此项要求的优选形式。同时随着各 种计算机辅助技术的发展，如数控机床的使用 ，天线的整体焊接技术等，为波导缝隙天线的 使用创造了基础。 波导缝隙构成的阵列主要有两种形式， 即波导宽边开缝和波导窄边开缝，我们本次 研讨班主要向大家介绍的是波导宽边开缝而 构成的波导缝隙天线阵的设计与仿真。 波导宽边纵缝阵列天线不但具有口面效率 高、副瓣电平低等优良的电气性能，而且还有 厚度小、重量轻、结构紧凑、强度高、安装方 便、抗风力强、功率容量大等特点，从而在机 载火控雷达、导弹巡航等方面有着其它天线无 法替代的优势。 下面是几个波导宽边缝隙构成的阵列在实 际中的应用实例。 以上是几种单根波导缝隙天线 右图为国外的 XX型地面雷达 的平板缝隙天线 实物图片 图为国外的XX型机载雷达的平板 缝隙天线实物图片 图为俄罗斯正在使 用的机载火控雷达的天 线部分，也采用平板缝 隙阵列结构。 E3A“望楼”预警机采用的威斯汀豪斯公司研 制的AN/APY-1型S波段脉冲多普勒雷达，平板隙 缝阵式天线装在转速6转/分的天线罩内，可根据 不同作战条件把360 °方位圆分成32个扇区，选用 不同的工作模态和抗干扰措施。 图为我国展出 的必威体育精装版研制的 彩色气象雷达 ，它采用的是 波导缝隙阵天 线。 本次研讨班的主要讨论的内容： 波导缝隙天线的设计基础理论 波导缝隙行波线阵天线的设计和仿真 波导缝隙驻波线、面阵天线的设计和仿真 波导缝隙天线的Ansoft HFSS的实例设计 和仿真 （一）波导缝隙阵天线设计的 基础理论 本章中您主要的目标是： 熟悉波导缝隙天线的基本概念。 了解波导缝隙的基本等效电路。 理解波导缝隙天线的基本电参数和缝隙 阵列的构成。 知道波导缝隙天线的基本设计过程。 波导缝隙天线的基本概念 假设在波导中仅传输主模，矩形波导传输的 主模指TE10模。矩形波导可以等效为双线传输 线，其特征阻抗和相速是波导尺寸和频率的函 数。当波导传输TE10模时，波导内的电磁场有 由下式表示： E E exp[mj b z ] t 10t 10z H H exp[mj b z ] t 10t 10z H z j H 10z exp[mj b10zz ] b10 2p / lg lg 式中，Z表示波导轴线方向， ， 表示导内 波长，t表示波导横向方向，及即xy平面。假定波 导为理想导体，波导内表面电流密度由下式表示 J n H 式中，n表示波导内壁的单位法线矢量。H 由前式表示。根据以上公式可以推导出矩形波 导传输TE10模时的场分布和表面电流分布。 如图所示： 把一根波导放在自由空间，在波导输入 端输入