Ku波段80单元长直线螺旋阵列天线设计

发布时间：2020-12-31 06:01

　　为了实现高功率共形阵列天线,提出并设计了一种可用于柱面组阵的Ku波段80单元长直线螺旋阵列天线。通过对探针结构的改进,并在馈电系统中采用多种形式探针,解决了长直线阵列设计中馈电系统反射大、单元耦合需求差异大的问题,实现了单元天线的近似等幅馈电。通过对封口方式的改进,确保了该直线阵对能量的充分利用。阵列天线设计结果表明:在12～13 GHz的频带范围内反射系数小于-28 dB;在中心频点12.5 GHz处增益为26.1 dB,轴比为1.72 dB,设计功率容量为166 MW,口径效率达到90%。该阵列天线具备高功率、高增益优势的同时,能够更好地适应柱面共形的需求。 

【文章来源】：电子元件与材料. 2020年08期 北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

柱面共形阵合成原理图

设计中采用的13.6 mm的窄波导结构保证了波导内能量的单模传输,提高馈电系统的幅频一致性,但也导致了波导内的电磁能量更为集中,为馈电系统的设计带来较大困难。为保证电磁能量的耦合,探针通常被放置在电磁能量较为集中的位置。但在窄波导馈电系统中,该方式会破坏波导内电磁能量传输的连续性,从而影响波导内电磁能量的传输,使得波导内大部分的电磁能量由于耦合探针的阻挡反射回波导馈入口,对后续单元的耦合产生了极为不利的影响。而电探针的形式虽然可以减小这种影响,但容易引起电场集中,不适用于高功率馈电系统。考虑到窄波导中传输的为TE10模,波导内的能量主要集中在波导中部,靠近波导壁处的能量较少,可以将探针偏移波导中心位置,从而减小探针对电磁波传输的影响。通过仿真,得到探针距离波导中心位置距离与反射及耦合能力的关系如图3所示。图3 探针偏离中心位置耦合与反射能力图

图2 长直线螺旋阵列天线结构示意图当探针偏离波导中心位置时,由于探针所处位置的电场能量逐渐减少,其对矩形波导内能量传输的干扰也逐渐减小,从而有效地抑制了探针插入对波导的影响。而探针的耦合量主要与同轴输出口的尺寸及形状的关系较大,当探针偏移距离较小时,探针输出同轴变化不大,因而其整体耦合变化不大;当探针距离波导壁较近时,由于输出同轴口的结构不对称性,导致了其耦合能力受到较大影响;在探针进一步嵌入波导壁后,该问题得到缓解。根据上述规律,提出了如图4所示的波导壁嵌入式探针结构。通过将探针的一部分嵌入到馈电波导的波导壁中,可以有效地减小探针对矩形波导内电磁能量的影响,利用该结构,馈电系统的反射系数从开始时的完全反射减小至-25 dB以下。通过调节探针的嵌入深度,可以保证单元探针具有较高的初始耦合量,以便于馈电系统的后续设计。

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：2949102