一种圆柱共形阵天线的仿真与设计.pdfVIP

空间电子技术 2007年第2期 SPACE ELECTRONIC TECHNOLOGY 53 一 种圆柱共形阵天线的仿真与设计 郑治泰 孙从武 张小苗 鄢泽洪 (西安电子科技大学天线与微波技术 国家重点实验室，西安710071) 摘 要 文章对一种x一频段的圆柱共形阵天线进行了仿真和测试。基于非相似元阵 列天线理论计算了远场方向图，仿真设计 了射频馈 电功分器；测试 了功分器的S参数，测 量了天线的水平面方向图，测试结果与计算结果一致。 主题词 圆柱共形阵 馈 电网络 S参数 天线方向图 0 引 言 随着科技的发展，现代化的交通运输工具变得越来越快，机械扫描形式的卫星移动通信天线越 来越难适应对高速移动 目标的实时跟踪。相控阵天线通过电控扫描代替机械扫描，提高了天线对 目标的跟踪速度，是 目前卫星移动通信天线的发展方向。平面相控阵，其优点是技术成熟 ，但 由于 所有天线单元均分布于同一平面，在形如飞机 、导弹和航天飞行器等高速移动载体表面无法布置； 另外，随着扫描角度 的增大，增益跌落较快 。共形阵天线单元与载体表面共形，有效地克服 了平面 阵的上述缺点。 圆柱共形相控阵天线可以实现水平面方向360。扫描 ；在天线扫描过程中能维持或基本维持波束 的形状和增益，可大体上保持相同的互耦。国外很早就对其展开了研究，1974年美国设计出导弹表 面 X波段圆柱共形阵n‘，首次把微带应用到天线单元和馈电网络中；1985年 以色列计算出圆柱共形 阵表面半波微带阵子的辐射方向图 ‘，随即提出了圆柱共形 阵的表面 电流模式 ‘，用于计算天线方向图；1999年德国制 作 出C波段室内圆柱共形相控阵天线 【，工作带宽(-10dB) 达 l9％。 文章根据非相似元法推导出圆柱共形阵天线方 向图计 P 算公式，加工了天线的实验模型，测量了方位面方向图；仿真 设计 出～种微带型馈电网络 ，制作 了印制电路板 ，测量 了S 参数。所有实测结果与理论结果吻合。 1 圆柱形共形阵方向图 1，l 圆柱形共形阵方向图 如图 1所示 ，在半径为R的圆柱面上，均匀布满 M行 ，v 列天线单元，单元的行距和列距分别为d和 dz。以圆柱底面 图1 阵列的坐标关 系及其结构示意图 收稿 日期 ：2005—09～13； 收修改稿 日期 ：2005—11-18 54 空间电子技术 2007年第 2期 圆心为原点建立总体坐标系(，y，z)，单元()位于总坐标下的ry处，激励系数为 ，以 为原点 建立局部坐标系( ，Y，z)。 远 区任意一点在总坐标下的球坐标为P(O，)，经过坐标变换 ，在局部坐标下的球坐标表示为 P (0， )，其关系式如下 ： ：c0s～(sinOcos(q~一． 1p(，：tan一( 丽) ’ 式中，．是局部坐标的原点在总体坐标下柱坐标 的 坐标 (下同)。 由于天线单元的远场与其在总体坐标系下的柱坐标位置 o(， ，z)有关，指向又各不相同，所 以常规 的方 向图乘积定理不再成立。根据非相似元阵列天线理论 ，把每一个单元都当成是各不相同 的独立项进行叠加。以总坐标系原点 0为参考 中心，所有天线单元在 (0，)方向上辐射的合成场的表 示式为： M N 面 E (，)： 互(，)e-J‰ 。 。 (2) ： a (0，)e州 式中，= ，A为空间电磁波的波长，单元在总坐标系下的位