一种轻质高效的L波段波导阵列天线设计

顾保国 陈明

摘  要：文中介绍了一种新型的L波段波导缝隙阵列天线设计，该天线采用金属同轴结构对辐射缝隙进行耦合馈电。馈电的同轴连接器与同轴馈电结构构成一个3dB功分器对多个辐射缝隙进行馈电。辐射缝隙位于矩形金属腔体的上表面，辐射缝隙在矩形金属腔体的一侧且在一条线上。基于项目需求设计、加工了一套1×4单元天线线阵，测试结果表明，该天线在8%的频段内驻波比优于1.5、天线辐射效率大于80%，满足了项目的指标要求。

关键词：波导缝隙天线  金属同轴  耦合馈电  驻波比

中图分类号：TN25                 文献标识码：A        文章编号：1672-3791（2021）09（C）-0000-00

Design of A Novel L-Band Waveguide Antenna Array

GU Baoguo1  CHEN Ming2

（1.Unit 63726， PLA， Yinchuan， Ningxia Hui Autonomous Region，750004 China;2.The 38th Research Institute of CETC， Hefei， Anhui Province，230088 China）

Abstract： In this paper， the design of an efficient L band slot antenna array 230088is presented. The antenna adopts metal coaxial structure to feed the slot coupling. The feed connector and metal conductor constitute 3dB power divider. The radiation slot is located on the surface of the metal cavity. A demo array of 1×4 elements is designed， manufactured and tested. The experimental results show that the bandwidth of VSWR<1.5 is 8%， and the antenna radiation efficiency is greater than 80%.

Key Words：  Waveguide slots antenna;Metal coaxial; Coupling feed;Standing-wave ratio

缝隙天线阵在现代电子工业中占据着重要位置，特别是已经广泛应用于频率扫描和一维扫描的相控阵天线单元。波导缝隙天线具有效率高、体积小、重量轻等优点，在雷达和微波通信系统中获得了广泛的应用。由于它的口径分布便于控制、加工和安装方便等优点，成为天线领域发展的一个重要方向。波导缝隙天线广泛应用于通信、雷达、电子对抗、遥测遥感、天文及电视广播等方面[1]。

随着应用与需求的快速进展，一方面，工作于各个频率的电子设备越来越多;另一方面，对于舰载、机载、星载等平台受到空间有限的限制，对天线体积，重量，效率等提出了越来越严格的要求[2]，特别是在雷达系统中，天线所占用的比例较大，因此对其进行减重，剖面压缩[3]，提高天线效率和集成化设计是有必要的[4]。

该文在传统波导馈电缝隙天线[5]的基础上提出了一种金属同轴结构馈电的缝隙天线。该天线通过金属同轴结构构成的3 dB功分网络将射频信号分为多路，每一路射频信号通过空间耦合的方式对辐射缝隙馈电。由于这种结构形式的天线具有损耗小、横截面小、重量轻、可靠性高和结构紧凑的优势，在各种雷达上尤其是在舰载、机载和星载雷达中有着较为广泛的应用前景。

1  金属同轴馈电网络设计

缝隙天线的金属同轴功分网络如图1所示。金属同轴线由一个内导体和金属腔体结构构成，内导体位于金属腔体的内部并与金属腔体上表面平行，馈电的同轴连接器位于金属腔体的中心位置，连接器的内导体深入腔体内部并与内导体接触，同轴连接器与内导体结构构成T形结构构成一个3 dB功分器，即等功率分配器。通过调节匹配块的长、宽、高来实现射频信号的等幅、同相功分。

2  金属同轴馈电的线阵设计

采用前文所述的金屬同轴功分网络，设计了一种金属同轴结构馈电的波导缝隙天线线阵，该缝隙天线线阵的单元数为4，由两个一分二功分器分为4个辐射缝隙，如图2所示。整个阵面的设计是基于有限元方法[6]的电磁分析商业软件HFSS来完成的，天线单元导纳与几何参数提取与常规缝隙波导天线设计方法相同[7]，线阵的馈电端口的驻波仿真结果参见图3所示，可以看出在8%工作频带内天线驻波小于1.7。

3  测试结果

整个天线阵面采取精密机械加工一次成型，整个天线采取真空钎焊焊接技术。在平面近场微波暗室内对天线阵的各性能指标进行了测试，如图4、图5所示。结果表明该天线在1.2～1.3 GHz的设计频带内驻波比优于1.5，天线辐射效率优于80%。

4  结语

该文介绍了一种轻质、高效的L波段1×4单元缝隙波导阵列天线的设计，为实现天线的小型化、高效率设计，金属同轴馈电结构集成于金属腔体的内部。通过真空钎焊焊接技术加工将整个线阵一次成型。实际测试结果天线的总口驻波小于1.5、天线辐射效率大于80%。结果表明，这些技术措施十分有效，可用于同类型波导缝隙阵列天线的设计。

参考文献

[1]鲁加国，汪伟，卢晓鹏，等.波导缝隙天线研究中的“三匹配”问题[J].雷达科学与技术，2020，18（2）：115-123.

[2] 何润.毫米波雷达阵列天线设计[D].西安：西安电子科技大学，2020.

[3]高卓远.基片集成波导缝隙天线及阵列研究[D].南京：东南大学，2020.

[4]郝宏刚，李江，张婷，等.基于基片集成波导馈电的Ka波段渐变缝隙天线设计[J].电子与信息学报，2020，42（3）：582-588.

[5] 潘健，彭力.一种应用于WLAN的小型化定向辐射天线的设计[J].现代雷达，2021，43（2）：53-56.

[6] 沈梦雨.基于有限元方法的大型天线阵列仿真分析[D].西安：西安电子科技大学，2020.

[7] 宋立众，周辉媛，宋传超.双极化共面波导馈电缝隙单极子天线研究[J].航空兵器，2019，26（3）：46-51.

作者简介：顾保国（1979—）， 男，硕士，高级工程师，主要从事测控装备应用技术研究工作。

陈明（1983—） ， 男， 博士，高级工程师，研究方向为天馈系统设计。

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2110-5042-3401