双极化开槽天线阵列驻波畸点的研究

作者：时间：2014-04-17来源：网络收藏

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1 引言

雷达、电子战、通信系统融合在一起，形成一体化的综合电子信息系统已成为现代电子战装备发展的主流方向，其构成的基础即是超宽频带、多功能有源相控阵天线。此相控阵天线的辐射面应具有宽频带、波束宽角电扫描、多极化功能。

渐张开槽天线良好的宽带宽角扫描特性使其广泛用于超宽带、宽角扫描双极化相控阵天线。但是开槽天线在大角度扫描时（±45°，尤其是H面），谐振造成的驻波畸点限制了带宽。渐张开槽天线单元和其组成的双极化阵列如图1（a）上和图1（b）所示。渐张开槽天线单元由介质和刻蚀在其双表面的鳍状开槽金属组成，在两层介质的中间是馈线，双极化阵列互相垂直的单元交叠部分为方形金属柱。如果去掉所有x方向或者y方向的单元，则为单极化天线阵列。

图1（a）开槽天线单元及加金属过孔单元示意图

（b）双极化阵列示意图

在大角度扫描时，单极化和双极化阵列单元都会由于谐振出现驻波畸点。本文研究了单极化和双极化天线阵中单元驻波畸点形成原因，并提出了抑制谐振、消除驻波畸点的方法。

2谐振研究

双极化阵列的谐振由介质组成的方形腔体造成。计算此立方体谐振腔的谐振频率时，把立方体前表面（位于天线阵表面）假设为理想磁导体，其他五个面为理想电导体，介质中微带线和扇形馈电末端忽略不记。

仿真得到双极化阵列单元分别在不扫描、E面45°和H面45°扫描时的驻波曲线（如图3）。从图中可得，在H面45°扫描时会出现驻波畸点，分别发生在3.88GHz、4.83GHz、4.92GHz、5.71GHz和6.02GHz。扫描角度改变为30°时，5.71GHz处的驻波消失，但在3.91GHz、4.82GHz、5.02GHz和5.99GHz（分别非常接近于3.88GHz、4.83GHz、4.92GHz和6.02GHz）驻波仍然出现。这表明，这些谐振并不依赖于阵列相位。

因为介质与方形腔体之间有大片金属的存在，介质区域可以构成谐振腔结构，所以以上没有消失的驻波畸点很可能是由单元内介质区域造成的。对于介质区域，因为其体积比腔体小得多，所以不能简单的把鳍状金属看作理想方形电导体。而且介质中存在馈电微带线和扇形馈电末端，也不能忽略它们的电流。但是，可以把介质区域看作一个谐振腔，因为它除了前开口端（天线阵表面）外，其他的面大部分是金属。只是由于其结构复杂，很难用数值方法计算其谐振频率。