CN110380220B - 非均匀分布的宽波束赋形波导缝隙天线及设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种非均匀分布的宽波束赋形波导缝隙天线及设计方法，该天线包括以下部分：窄边开缝的波导管、同轴波导变换器、吸收负载。本发明的天线缝隙间距不相等，缝隙倾角和缝隙切割深度也各不相同。设计方法采用SFFT优化算法、理论计算、电磁仿真计算结合，SFFT优化算法计算出具有赋形宽波束特性的阵列天线的相位分布，电磁仿真软件计算出不同缝隙间距引起的缝隙辐射相位差及辐射缝隙电导和缝隙倾角、缝隙切割深度的关系，理论计算出幅度、相位分布对应的裂缝的倾角、缝隙间距，最后得到非均匀分布的窄边波导缝隙天线结构尺寸。本发明涉及的波导裂缝天线具有赋形宽波束特性，适用于警戒雷达、对海探测雷达等。

Description

非均匀分布的宽波束赋形波导缝隙天线及设计方法
技术领域
本发明涉及一种波导窄边缝隙天线。
背景技术
天线是一个无线电系统的重要组成部分。波导缝隙天线由于其馈电及其辐射系统合一，整体厚度很小，结构紧凑、重量轻，又是低损耗系统，可用数控机床精密加工，易于实现低副瓣乃至超低副瓣性能，因此被广泛应用。
波导缝隙天线通常的研究和应用多限于笔形波束，这是由于波导缝隙天线一般采用的是串馈的结构形式，相位的加权控制手段有限，实现赋形波束比较困难。在很多实际应用中，如空中交通管制雷达、航天器、卫星以及无线通信等，需要产生不同要求的赋形波束。目前对赋形波束的波导缝隙天线研究较少，主要有以下几篇：
1.《波导窄边裂缝行波阵的设计及其波束赋形研究》(电子科技大学硕士论文刘刚2006)
2.《波导裂缝天线赋形波束研究》(南京理工大学硕士论文郭先松2007)
3.《赋形波束波导缝隙阵列天线的仿真设计》(哈尔滨工程大学硕士论文王莉莉2010)
在第一篇论文中，应用DFP和BFGAS公式的变尺度优化算法设计了一款余割赋形波束波导缝隙天线，第二篇论文中采用方向图零点法，通过改变部分单元相位180度跳变，实现宽波束和余割赋形波束，第三篇论文中采用了改进的Woodward法实现低副瓣波导缝隙天线。各论文中算法各有优缺点，上述文献中提及的设计方法对缝隙的幅度、相位均需要优化，实现的面阵规模较小，论文1中的缝隙规模为24个，论文2中的缝隙规模为32个，论文3中的缝隙规模为42个。
发明内容
本发明提出了一种非均匀分布的宽波束赋形波导缝隙天线及设计方法，可解决已有设计方法仅能解决较小规模的缝隙阵列问题。
本发明提出的非均匀分布的宽波束赋形波导缝隙天线包括波导管，同轴波导转换器，吸收负载；其中波导管为窄边开缝的标准波导，波导管一端接同轴波导转换器，波导管另一端接吸收负载，波导窄边开N个缝隙，每个缝隙的倾角不同，每个缝隙的切割深度不同，缝隙之间的间距不等，波导缝隙天线的辐射方向图为赋形宽波束。
本发明提出的非均匀分布的宽波束赋形波导缝隙天线包括波导管设计方法为：根据宽波束的波宽要求，通过SFFT优化算法确定阵元的相位分布。随机产生一组N元相位，以该组相位和具有泰勒分布的幅度作为N元阵的初始激励，其产生方向图为初始方向图，将初始方向图与目标方向图进行对比，修改不满足要求的采样点，反变换得到新的辐射单元激励，进入下次循环，循环次数达到后结束循环。若此时的方向图不满足目标函数，则重新随机产生一个初始方向图，再次进行SFFT迭代，直到得到符合要求的解，即阵元的相位分布。该幅相分布的阵元为等间距分布，根据波导的频率特性对该幅度、相位进行调整后作为波导缝隙阵列的幅相值。
在全波仿真软件中建立等间距、等倾角的缝隙阵列模型并对其进行仿真，提取缝隙的电导和缝隙切割深度，缝隙间距与相位的对应关系。根据缝隙阵列的幅度分布计算出每个缝隙对应的电导分布，得到相应的缝隙倾角、缝隙切割深度，根据缝隙阵列的相位分布计算出每个缝隙单元的间距。使用全波仿真软件计算取出每个缝隙的近场幅度、相位分布，与理论的幅度进行比较，对差异较大的缝隙的倾角和切割深度及缝隙间距进行修改，使每个缝隙的近场幅度、相位与理论分布基本一致，最终得到比较理想的方向图。
本发明与现有技术相比，其有益效果是：
①缝隙的辐射幅度固定，仅对相位进行优化，可实现大规模的缝隙阵列设计。
②采用数值优化算法与全波仿真软件相结合的方法，效率高，缩短了设计时间。
附图说明
图1本发明所述非均匀分布波导缝隙天线，其中1为波导同轴变换器，2为窄边开缝波导管，3为吸收负载，4为第一个缝隙，5为最后一个缝隙，L为波导管长度，D1为第一个缝隙距离波导端面的距离，Dn为最后一个缝隙距离波导端面的距离。
图2缝隙参数示意图，Hn表示第n个缝隙的切入深度，该值包含波导壁厚度，Dn表示第n个缝隙与坐标原点的距离。
图3本发明所述非均匀分布波导缝隙天线波束方向图。
具体实施方式
下面结合附图通过实施实例对本发明做进一步说明。
本发明一实施例如图1所示的整体非均匀分布波导缝隙天线示意图，该天线包括同轴波导变换器1、窄边开缝的波导管2与吸收负载3。同轴波导变化器为探针激励的端馈，吸收负载为定制的羰基铁块，负载的定位台阶确定塞入深度，胶接固定。
波导缝隙的示意图参见图2。Rn表示每个缝隙的偏转角度，Hn表示第n个缝隙的切入深度，该值包含波导壁厚度，Dn表示第n个缝隙与坐标原点的距离，为非等比数列，Dn值由缝隙的辐射相位确定，即相邻的波导缝隙间距不固定。
本实施例采用X波段标准波导BJ100，厚度1mm。所述缝隙数量为110个，缝隙宽度为2mm，缝隙倾角为1°～18°，缝隙的间距为11.1mm～29.3mm。采用缝隙倾角控制缝隙辐射幅度大小，缝隙间距控制缝隙辐射相位分布，实现缝隙阵列的幅度相位加权，达到宽波束赋形的目的。
仿真方向图见图3。
本实施例的部分缝隙参数见表1。
缝隙编号 R<sub>n</sub>(°) H<sub>n</sub>(mm) D<sub>n</sub>(mm)
1 1.11 3.48 21.00
2 -1.13 3.48 45.33
3 1.16 3.48 65.65
4 -1.21 3.48 85.52
5 1.28 3.48 111.20
6 -1.36 3.48 127.64
7 1.45 3.48 152.59
8 -1.56 3.46 180.38
9 -1.68 3.46 196.66
10 -1.81 3.46 215.07
… … … …
101 9.73 3.37 2053.27
102 9.12 3.37 2075.26
103 8.55 3.38 2099.37
104 -8.03 3.39 2111.99
105 7.58 3.40 2127.44
106 -7.19 3.41 2151.40
107 -7.09 3.41 2166.12
108 6.88 3.42 2186.65
109 6.64 3.42 2206.73
110 -6.44 3.43 2222.80

Claims (1)

1.非均匀分布的宽波束赋形波导缝隙天线设计方法，其特征在于：根据宽波束的波宽要求，通过SFFT优化算法确定阵元的相位分布；随机产生一组N元相位，以该组相位和具有泰勒分布的幅度作为N元阵的初始激励，其产生方向图为初始方向图，将初始方向图与目标方向图进行对比，修改不满足要求的采样点，反变换得到新的辐射单元激励，进入下次循环，循环次数达到后结束循环；若此时的方向图不满足目标函数，则重新随机产生一个初始方向图，再次进行SFFT迭代，直到得到符合要求的解，即阵元的相位分布；具有所述幅相特性的阵元为等间距分布，根据波导的频率特性对所述幅度、相位进行调整后作为波导缝隙阵列的幅相值；在全波仿真软件中建立等间距、等倾角的缝隙阵列模型并对其进行仿真，提取缝隙的电导和缝隙切割深度，缝隙间距与相位的对应关系；根据缝隙阵列的幅度分布计算出每个缝隙对应的电导分布，得到相应的缝隙倾角、缝隙切割深度，根据缝隙阵列的相位分布计算出每个缝隙单元的间距；使用全波仿真软件计算取出每个缝隙的近场幅度、相位分布，与理论的幅度进行比较，对差异较大的缝隙的倾角和切割深度及缝隙间距进行修改，使每个缝隙的近场幅度、相位与理论分布基本一致，最终得到方向图。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114361769A (zh) * 2022-01-04 2022-04-15 上海航天电子通讯设备研究所 一种非周期排布阵列天线
CN114122655B (zh) * 2022-01-20 2022-07-05 广州中雷电科科技有限公司 一种缝隙波导及波导缝隙阵天线
CN114725687A (zh) * 2022-04-28 2022-07-08 湖南大学 一种降低填充时间的中馈式高功率波导缝隙天线

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4032917A (en) * 1975-08-21 1977-06-28 The Singer Company Synthesis technique for constructing cylindrical and spherical shaped wave guide arrays to form pencil beams
US4518967A (en) * 1982-03-05 1985-05-21 Ford Aerospace & Communications Corporation Tapered-width leaky-waveguide antenna
CN102142614A (zh) * 2009-11-06 2011-08-03 古野电气株式会社 天线装置及雷达装置
CN102664311A (zh) * 2012-05-16 2012-09-12 中电科微波通信(上海)有限公司 裂缝波导天线
CN103326125A (zh) * 2013-06-29 2013-09-25 中国人民解放军国防科学技术大学 一维可扫波导窄边缝隙天线
CN204538246U (zh) * 2015-01-22 2015-08-05 成都锦江电子系统工程有限公司 一种平面裂缝阵列天线
CN107230844A (zh) * 2017-05-31 2017-10-03 中国科学院国家空间科学中心 一种宽带赋形波导缝隙阵列天线
CN109143175A (zh) * 2014-08-17 2019-01-04 伟摩有限责任公司 用于馈给短壁开槽波导阵列的波束形成网络

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4032917A (en) * 1975-08-21 1977-06-28 The Singer Company Synthesis technique for constructing cylindrical and spherical shaped wave guide arrays to form pencil beams
US4518967A (en) * 1982-03-05 1985-05-21 Ford Aerospace & Communications Corporation Tapered-width leaky-waveguide antenna
CN102142614A (zh) * 2009-11-06 2011-08-03 古野电气株式会社 天线装置及雷达装置
CN102664311A (zh) * 2012-05-16 2012-09-12 中电科微波通信(上海)有限公司 裂缝波导天线
CN103326125A (zh) * 2013-06-29 2013-09-25 中国人民解放军国防科学技术大学 一维可扫波导窄边缝隙天线
CN109143175A (zh) * 2014-08-17 2019-01-04 伟摩有限责任公司 用于馈给短壁开槽波导阵列的波束形成网络
CN204538246U (zh) * 2015-01-22 2015-08-05 成都锦江电子系统工程有限公司 一种平面裂缝阵列天线
CN107230844A (zh) * 2017-05-31 2017-10-03 中国科学院国家空间科学中心 一种宽带赋形波导缝隙阵列天线

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Design of an eight element edge slot waveguide array antenna;D.S. Dunn等;《Conference Record Southcon》;20020806;全文 *
High-Efficiency and Wideband Aperiodic Array of Uniformly Excited Slotted Waveguide Antennas Designed Through Compressive Sensing;Lei Shi等;《 IEEE Transactions on Antennas and Propagation》;20190109;全文 *

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