一種高增益縫隙定向天線設(shè)計(jì)

圖4所示為天線的正反面結(jié)構(gòu)示意圖，正面所示為天線的輻射面，反面所示為天線的功分面。板材的介電常數(shù)為2.25,厚度為2 mm,該陣列包括8根輻射波導(dǎo)，每一根輻射波導(dǎo)上對(duì)稱的開有10個(gè)縫隙。輻射波導(dǎo)的饋電方式為從兩頭對(duì)稱的向中間饋電，這是與傳統(tǒng)的主線支線耦合饋電不同。

圖4 天線結(jié)構(gòu)示意圖

　　為達(dá)到-20以下的旁瓣抑制要求，采用了海明加權(quán)，經(jīng)過優(yōu)化后的權(quán)值分布如表1所示。

表1 幅度權(quán)值分布

　　天線功分網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，為了防止某個(gè)輻射波導(dǎo)的反射波通過饋電網(wǎng)絡(luò)耦合到其他輻射波導(dǎo)，影響其他輻射波導(dǎo)的激勵(lì)權(quán)值，保證整個(gè)陣列的加權(quán)系數(shù)精度，所以輻射波導(dǎo)的激勵(lì)端口之間需要隔離。為實(shí)現(xiàn)表1所列出的幅度權(quán)值，并且實(shí)現(xiàn)不同輻射波導(dǎo)之間的隔離，功率分配網(wǎng)絡(luò)由H-T型分支和窄邊耦合的定向耦合構(gòu)成，功分網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)主要是選擇并聯(lián)饋電形式，即用功分器結(jié)構(gòu)為各個(gè)輻射波導(dǎo)饋電，保證天線的總饋點(diǎn)到各個(gè)輻射波導(dǎo)的路徑是一樣長(zhǎng)的。

　　2 天線實(shí)物與測(cè)試結(jié)果

　　圖5是實(shí)際制作的平板縫隙天線的實(shí)物照片，整個(gè)天線的面積為：330 mmx330 mm.從圖中看出，天線一共包括8排輻射波導(dǎo)，每一排的輻射波導(dǎo)由過孔分為對(duì)稱的兩個(gè)波導(dǎo)，所以一共有16個(gè)輻射波導(dǎo)。每個(gè)波導(dǎo)的寬壁上開5個(gè)縫隙，同一波導(dǎo)上的縫隙尺寸各不相同，而不同波導(dǎo)上，相同位置的縫隙的尺寸是一致的。每?jī)膳畔噜彽牟▽?dǎo)之間，有額外設(shè)計(jì)的扼流槽，以提高帶寬。

圖5 天線實(shí)物圖

　　不同層的介質(zhì)板用金屬螺釘緊固，保證天線的機(jī)械特性結(jié)實(shí)可靠，以及不同層敷銅的電氣接觸良好。

　　該天線的由位于功率分配網(wǎng)絡(luò)中心的50 Ω SMA接頭饋電，測(cè)量得到的端口反射系數(shù)如圖6（a）。天線具有良好的端口匹配特性。在5.5~5.9 GHz頻段，天線端口的反射系數(shù)都在-12 dB以下（VSWR1.6）。而天線的-10 dB帶寬更是達(dá)到了463 MHz（5.512~5.975 GHz），其相對(duì)帶寬為8.1%.對(duì)于厚度僅有2 mm的SIW波導(dǎo)，相對(duì)帶寬達(dá)到了8.1%.

　　天線方向圖見圖中6（b）（c）。平板縫隙天線旁瓣指標(biāo)在H面內(nèi)，旁瓣電平不超過-30 dB.在E面內(nèi)，旁瓣電平也低于-25 dB.

圖6 天線反射系數(shù)和方向圖

　　3 結(jié)論

　　提出了基于介質(zhì)板材的波導(dǎo)縫隙天線設(shè)計(jì)方案并加以實(shí)現(xiàn)。該設(shè)計(jì)方案的最大優(yōu)點(diǎn)就是能夠擴(kuò)展平板波導(dǎo)縫隙天線陣尤其是薄波導(dǎo)縫隙陣的帶寬。采用此方法設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)80陣元的高增益定向天線陣，并給出了實(shí)測(cè)結(jié)果，表明該天線具有高增益，定向性好，旁瓣低的特點(diǎn)，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。