設計了一種無人機載雷達的Ku波段有源相控陣天線,分析了有源相控陣天線的系統(tǒng)組成、模塊布局和設計思路,實現(xiàn)了高集成、低剖面的有源相控陣天線設計,并可同時實現(xiàn)SAR和GMTI功能。設計了32行線源的寬邊縱縫駐波陣形式的波導裂縫陣列天線,通過加脊和分區(qū)饋電法擴展了天線的工作帶寬。采用FFT反演算法在微波近場暗室中對有源相控陣天線進行了校正補償。實測結果表明該有源天線可以實現(xiàn)兩維-20dB的低副瓣電平,并可在俯仰向實現(xiàn)±60°的相控陣掃描,實測方向圖與仿真結果相吻合。本天線具有寬帶寬角掃描、低副瓣、低剖面、結構緊湊等優(yōu)點。 

【文章來源】：雷達科學與技術. 2020,18(02)北大核心

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

系統(tǒng)組成原理框圖

根據(jù)天線工作頻率和俯仰向單元間距，可以確定脊波導的截面尺寸，進而確定中心頻率波導波長λg。由于駐波陣的波導裂縫間距為λg/2，因此根據(jù)λg和天線方位向結構包絡尺寸可以確定波導裂縫的數(shù)目為24個。對于駐波陣波導裂縫天線而言，單根輻射波導上的輻射裂縫數(shù)越多則工作帶寬越窄[8]。因此，為了進一步擴展工作帶寬，并綜合考慮整體剖面高度，將24個波導裂縫分為4個子單元，每個子單元6個縫隙，采用中間饋電的形式。單根波導裂縫天線線源的仿真模型如圖2所示，為左右對稱分布形式。整個天線由3層波導組成，上層為輻射波導，中下兩層為饋電波導，采用E-T功分器的形式直接為輻射波導饋電，壓縮了天線的剖面高度尺寸，并可方便地調整功分比以控制方位向的口徑分布。下層波導將天線的兩個饋電端口分別轉移至陣面的左右兩邊緣，為T/R組件、波束形成網絡等各模塊的排布讓出空間。波導裂縫天線的各裂縫相對于波導中心的偏置量、縫長和傾角等參數(shù)對應著裂縫的等效阻抗和導納，決定了波導裂縫天線的駐波和輻射特性，因此各波導裂縫參數(shù)的確定是波導裂縫天線設計的關鍵。本天線線源要求方位向SAR波束的副瓣電平不大于-20dB，擬采用-24dB的Taylor加權。我們采用計算機仿真軟件輔助設計的方法[9]，提高天線設計的效率和準確度。首先利用HFSS軟件提取波導裂縫端口的S參數(shù)，計算等效導納參數(shù)；然后利用Matlab軟件計算天線線源口徑面的激勵電平分布，并轉化為各波導裂縫的有源導納分布，計算出各裂縫的偏置量和縫長參數(shù)，建立初步模型；最后在HFSS中進行仿真計算，通過反演算法多次迭代優(yōu)化設計，調整裂縫參數(shù)，可以得到較為理想的輻射方向圖和端口駐波[10]。

根據(jù)最終的仿真優(yōu)化模型，設計和制造了32行線源的Ku波段單脊波導裂縫天線陣列，采用多層鋁板分別數(shù)控加工再整體真空釬焊的工藝方式加工而成。線源間距9mm，在相鄰線源之間設置深度為λ/4的扼流槽以抵消位移電流，減小線源之間的互耦，并抑制交叉極化。按照上文所述的Ku波段有源相控陣天線系統(tǒng)組成，完成了波導裂縫天線陣面與T/R組件、波束形狀網絡等各組成模塊的裝配，實物照片如圖3所示。有源相控陣天線裝配完成后，由于器件一致性、加工誤差等因素，各有源通道之間存在固有的系統(tǒng)幅相誤差，需要對系統(tǒng)進行校正補償。我們采用基于平面近場微波暗室的FFT反演算法[11]對俯仰向64個有源通道的幅相誤差進行了校正補償。在微波暗室中采集被測天線的近場幅度、相位數(shù)據(jù)，反演得到口徑場的幅相分布，與理論值相比較可以計算得到各通道的幅相補償碼值，進而可以在微波暗室中測試得到校正補償后的天線方向圖。

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：2983058