其中β表示缝隙中心线与波导宽边中心线之间的夹角,α为宽壁的长度,b为窄壁的长度。将之前求得的rn代入并求解方程可得到对应的缝隙偏角。
1.3 影响天线性能的因素
应用以上所计算出来的结果来进行天线的设计,还必须考虑缝隙间的互耦问题;若不考虑互耦,将使天线口径面的幅度分布和相位分布变坏,同时也将恶化天线的输入端匹配。
串联缝隙与纵向缝隙相比,由于其角度偏转的原因,其交叉极化辐射要比纵向缝隙高,这会带来副瓣电平的升高和增益的降低,仿真结果也证实了这一点,而这是我们在设计中所不希望看到的,需要采取措施抑制交叉极化辐射。在本设计中,采用在每个缝隙上方加一个小波导口的办法,小波导的传播方向垂直于缝隙所在的平面。
2 建模与仿真
本文在设计波导缝隙天线的过程中,设计中的数值仿真都是在CST时域求解器的环境中完成的。
2.1 天线模型的建立
辐射波导选用的尺寸是22.86×10.16mm,缝一侧的波导壁厚1mm,缝宽为2mm,波导两端为理想短路面;截止波导16×8mm。建立模型,其框架图如图3所示:
其中黑色标记处为同轴线中心馈电点;辐射口上方的方形材料为天线罩;从左到右缝隙的编号依次为1~4。
2.2 仿真结果分析
仿真中将缝长l和倾角β设置成变量,l的初始值取λ/2,利用CST的参数扫描功能,对缝隙长度和倾角进行扫描。通过设置合理的步长,能够加快扫描进度,减少计算时间。由于本设计采用的是同轴线中心馈电,需要考虑阻抗匹配的问题,否则会在与波导的连接处产生反射,影响天线的性能。根据λ/4阻抗变换的原理,在仿真中通过改变同轴线内导体探针的长度来进行匹配,观察端口模式当同轴线输入阻抗为50 Ω时即认为达到了所需的效果,经过仿真得到同轴线内导体探针长度为8.5mm。并在此基础上仿真得到缝隙的参数如下: