雙極化開槽天線陣列駐波畸點的研究

1 引言

雷達、電子戰、通信系統融合在一起，形成一體化的綜合電子信息系統已成為現代電子戰裝備發展的主流方向，其構成的基礎即是超寬頻帶、多功能有源相控陣天線。此相控陣天線的輻射面應具有寬頻帶、波束寬角電掃描、多極化功能。

漸張開槽天線良好的寬帶寬角掃描特性使其廣泛用于超寬帶、寬角掃描雙極化相控陣天線。但是開槽天線在大角度掃描時（±45°，尤其是H面），諧振造成的駐波畸點限制了帶寬。漸張開槽天線單元和其組成的雙極化陣列如圖1（a）上和圖1（b）所示。漸張開槽天線單元由介質和刻蝕在其雙表面的鰭狀開槽金屬組成，在兩層介質的中間是饋線，雙極化陣列互相垂直的單元交疊部分為方形金屬柱。如果去掉所有x方向或者y方向的單元，則為單極化天線陣列。

圖1（a）開槽天線單元及加金屬過孔單元示意圖

（b）雙極化陣列示意圖

在大角度掃描時，單極化和雙極化陣列單元都會由于諧振出現駐波畸點。本文研究了單極化和雙極化天線陣中單元駐波畸點形成原因，并提出了抑制諧振、消除駐波畸點的方法。

2諧振研究

雙極化陣列的諧振由介質組成的方形腔體造成。計算此立方體諧振腔的諧振頻率時，把立方體前表面（位于天線陣表面）假設為理想磁導體，其他五個面為理想電導體，介質中微帶線和扇形饋電末端忽略不記。

仿真得到雙極化陣列單元分別在不掃描、E面45°和H面45°掃描時的駐波曲線（如圖3）。從圖中可得，在H面45°掃描時會出現駐波畸點，分別發生在3.88GHz、4.83GHz、4.92GHz、5.71GHz和6.02GHz。掃描角度改變為30°時，5.71GHz處的駐波消失，但在3.91GHz、4.82GHz、5.02GHz和5.99GHz（分別非常接近于3.88GHz、4.83GHz、4.92GHz和6.02GHz）駐波仍然出現。這表明，這些諧振并不依賴于陣列相位。

因為介質與方形腔體之間有大片金屬的存在，介質區域可以構成諧振腔結構，所以以上沒有消失的駐波畸點很可能是由單元內介質區域造成的。對于介質區域，因為其體積比腔體小得多，所以不能簡單的把鰭狀金屬看作理想方形電導體。而且介質中存在饋電微帶線和扇形饋電末端，也不能忽略它們的電流。但是，可以把介質區域看作一個諧振腔，因為它除了前開口端（天線陣表面）外，其他的面大部分是金屬。只是由于其結構復雜，很難用數值方法計算其諧振頻率。

圖2雙極化陣列單元三種情況下的駐波。不掃描
（BS），E面45度E45）和H面度（H45）

圖3雙極化陣列單元H面30度的駐波