2 宽频带设计
根据R.S.Elliott提出的有源导纳法得出了设计波导裂缝天线的三个方程,编写程序采用矩量法计算孤立缝隙的自导纳,考虑了辐射缝之间的外部互耦影响,通过迭代法计算出了辐射缝的长度和相对于波导中心线的偏移量等参数。
波导裂缝天线的工作频带受限于裂缝数目,当裂缝天线工作于谐振频率时,辐射缝中心间距为λg/2,工作频率改变后将产生两种效应:一是辐射缝导纳发生变化,二是驻波峰值将偏离中心位置。这两种效应使得辐射波导输入驻波比变坏,使得辐射缝幅度和相位与于理论值产生较大差异,从而使天线性能变坏,大大降低了工作带宽。
对于收发共用的天线来说,和路驻波带宽直接决定了天线系统的收发隔离度带宽。文献[5]给出了谐振波导裂缝阵列的输入驻波比(SWR)与裂缝数N及带宽B之间的近似关系式:
该关系式表明:阵列的裂缝数越多,阵列的驻波带宽越窄,最常用的方法就是把天线阵面分成若干个区,对每个区采用单独馈电。
为了分析波导裂缝天线的谐振频率特性,对每个分区利用仿真软件HFSS进行仿真,发现当频率变化时,在高端驻波变化并不大,而在低端变化则很剧烈。为此,在采用参差调谐的方法时,使靠近辐射阵面中心的辐射缝电压较大的辐射缝谐振在较低的频率上,距离阵面中心较远的辐射缝谐振在较高的频率上,且高低频率呈不对称分布,编写程序计算辐射缝参数。
3 仿真结果
利用三维电磁结构仿真软件HFSS进行仿真,中心频率上的两个主平面方向图如图4所示,E面第一副瓣电平-30 dB,H面第一副瓣电平优于-28 dB,半功率波束宽度完全满足要求。
采用多分区和参差调谐后,天线驻波带宽仿真结果如图5所示,在500 MHz的带宽内,驻波<1.38,仿真结果说明采用参差调谐的方法来展宽带宽对于波导缝隙天线来说是有效的。
4 结 语
采用波导裂缝天线作为毫米波合成孔径雷达天线,运用等效变换给出了一种设计椭圆形状天线的新的设计方法,设计出的SAR天线两个主平面的波束宽度具有距离向和方位向高分辨率的特点,副瓣电平优于-28 dB,采用多分区和参差调谐后,在500 MHz带宽内驻波<1.38,完全满足了SAR天线高分辨率、低副瓣、宽频带的工作要求。