共形寬帶六元無源定位相控陣天線的研究

1 引言

基于電視發(fā)射信號和調(diào)頻廣播發(fā)射信號的無源定位系統(tǒng)由于其具有節(jié)約能源、隱蔽、反隱身目標(biāo)和抗低空突防等優(yōu)點(diǎn)，近年來已從理論研究走向?qū)嶋H應(yīng)用。對于機(jī)動型的無源定位系統(tǒng)，它的天線應(yīng)該和工作艙做成一體，免架拆。這樣不僅增加了機(jī)動性也增加了隱蔽性，即使從外形也無法識別。

對于調(diào)頻和調(diào)頻以下的電視頻段，它的工作波長從3米到7米，而工作艙由于受到運(yùn)輸條件限制（寬度要求，高度要求），受到工作條件限制（艙不能太窄），能留給天線陣的空間不是很多。希望在長7.8米、高2.7米、厚0.3米的空間做一個(gè)六元水平極化相控陣。每個(gè)單元所占空間為高2.7米、寬 1.3米、厚0.3米。寬1.3米安裝縫天線比較合適，對于水平極化，它在方位面有較寬的波束寬度，有利于方位面覆蓋。長度方向2.7米有些欠缺，不夠低端頻率的半個(gè)波長。

2 盒縫天線

盒縫天線結(jié)構(gòu)如圖1所示，高2.7米、寬 1.3米、厚0.3米，縫寬0.1米,雙線饋電。

圖2給出該天線在45MHz時(shí)的E面和H面輻射方向圖，因?yàn)槠矫鎸挾扔邢蓿?.195波長, E面三分貝寬度160°，幾乎成了全向天線，縫的長度不夠半個(gè)波長，0.39波長， H面三分貝寬度81°。

圖1 盒縫天線結(jié)構(gòu)

圖3給出該天線在108MHz時(shí)的E面和H面輻射方向圖，平面寬度0.468波長, E面三分貝寬度126°，縫的長度接近一個(gè)波長，0.936波長，H面三分貝寬度52°。

a

b

圖2 盒縫天線45MHz時(shí)的輻射方向圖 a E面，b H面

a

b

圖3 盒縫天線108MHz時(shí)的輻射方向圖 a E面，b H面

圖4為該盒縫天線實(shí)測的電壓駐波比曲線。超過80%帶寬電壓駐波比小于5。

圖4 盒縫天線實(shí)測的VSWR

3 組陣情況

六個(gè)這種盒縫天線水平方向排列，由六根電纜送入六個(gè)接收通道，經(jīng)A/D變換做數(shù)字波束。圖5給出45Mhz時(shí)天線陣波束覆蓋情況，a為方位面，b為考慮地面后的俯仰面（設(shè)為理想地面）。幅度沒有加權(quán)，相位加權(quán)，方位面三個(gè)波束可覆蓋120°，俯仰面覆蓋超過40°。圖6給出108Mhz時(shí)天線陣波束覆蓋情況，a為方位面，b為考慮地面后的俯仰面（設(shè)為理想地面）。幅度按-30dB切比雪夫分布加權(quán)，相位加權(quán)，方位面五個(gè)波束基本可覆蓋120°，還可以再增加波束。俯仰面覆蓋基本可達(dá)40°。尾瓣也比較好。

所述輻射方向圖為仿真結(jié)果。

（a）方位面

（b）俯仰面（考慮地面）

圖5 45MHz波束覆蓋

（a）方位面

（b）俯仰面（考慮地面）

圖6 108MHz覆蓋

4 結(jié)論

本文研究了基于調(diào)頻及調(diào)頻以下電視頻段無源定位系統(tǒng)中相控陣天線和工作艙做成一體的情況，提出了用盒縫天線作為相控陣天線的單元，給出了單個(gè)盒縫天線的輻射場形和實(shí)測的電壓駐波比，給出了組陣后的波束掃描情況和垂直覆蓋情況。由于較好地解決了天線共形問題，在滿足天線波束覆蓋的情況下，提高了無源定位系統(tǒng)的機(jī)動性，安全性。