雙極化開槽天線陣列駐波畸點的研究

1 引言

雷達、電子戰(zhàn)、通信系統(tǒng)融合在一起，形成一體化的綜合電子信息系統(tǒng)已成為現(xiàn)代電子戰(zhàn)裝備發(fā)展的主流方向，其構(gòu)成的基礎(chǔ)即是超寬頻帶、多功能有源相控陣天線。此相控陣天線的輻射面應具有寬頻帶、波束寬角電掃描、多極化功能。

漸張開槽天線良好的寬帶寬角掃描特性使其廣泛用于超寬帶、寬角掃描雙極化相控陣天線。但是開槽天線在大角度掃描時（±45°，尤其是H面），諧振造成的駐波畸點限制了帶寬。漸張開槽天線單元和其組成的雙極化陣列如圖1（a）上和圖1（b）所示。漸張開槽天線單元由介質(zhì)和刻蝕在其雙表面的鰭狀開槽金屬組成，在兩層介質(zhì)的中間是饋線，雙極化陣列互相垂直的單元交疊部分為方形金屬柱。如果去掉所有x方向或者y方向的單元，則為單極化天線陣列。

圖1（a）開槽天線單元及加金屬過孔單元示意圖

（b）雙極化陣列示意圖

在大角度掃描時，單極化和雙極化陣列單元都會由于諧振出現(xiàn)駐波畸點。本文研究了單極化和雙極化天線陣中單元駐波畸點形成原因，并提出了抑制諧振、消除駐波畸點的方法。

2諧振研究

雙極化陣列的諧振由介質(zhì)組成的方形腔體造成。計算此立方體諧振腔的諧振頻率時，把立方體前表面（位于天線陣表面）假設(shè)為理想磁導體，其他五個面為理想電導體，介質(zhì)中微帶線和扇形饋電末端忽略不記。

仿真得到雙極化陣列單元分別在不掃描、E面45°和H面45°掃描時的駐波曲線（如圖3）。從圖中可得，在H面45°掃描時會出現(xiàn)駐波畸點，分別發(fā)生在3.88GHz、4.83GHz、4.92GHz、5.71GHz和6.02GHz。掃描角度改變?yōu)?0°時，5.71GHz處的駐波消失，但在3.91GHz、4.82GHz、5.02GHz和5.99GHz（分別非常接近于3.88GHz、4.83GHz、4.92GHz和6.02GHz）駐波仍然出現(xiàn)。這表明，這些諧振并不依賴于陣列相位。

因為介質(zhì)與方形腔體之間有大片金屬的存在，介質(zhì)區(qū)域可以構(gòu)成諧振腔結(jié)構(gòu)，所以以上沒有消失的駐波畸點很可能是由單元內(nèi)介質(zhì)區(qū)域造成的。對于介質(zhì)區(qū)域，因為其體積比腔體小得多，所以不能簡單的把鰭狀金屬看作理想方形電導體。而且介質(zhì)中存在饋電微帶線和扇形饋電末端，也不能忽略它們的電流。但是，可以把介質(zhì)區(qū)域看作一個諧振腔，因為它除了前開口端（天線陣表面）外，其他的面大部分是金屬。只是由于其結(jié)構(gòu)復雜，很難用數(shù)值方法計算其諧振頻率。

圖2雙極化陣列單元三種情況下的駐波。不掃描
（BS），E面45度E45）和H面度（H45）

圖3雙極化陣列單元H面30度的駐波