新颖的中心开孔单脉冲毫米波缝隙阵列天线的设计详细教程

新颖的中心开孔单脉冲毫米波缝隙阵列天线的设计详细教程
1、引言缝隙阵列天线由于它优良的电性能，被广泛应用在导引头天线上。

通常的导引头天线的天线阵面，阵元都是均匀分布的。

但是随着导引头技术的发展，越来越多的导引头采用了复合导引头技术，例如双微波头复合导引头、微波与毫米波复合导引头、射频与光电复合导引头等等，需要在同个导引头口径上放置多个探测器。

特别对于光学导引头，其探测器需要放置在复合导引头口径中央，这就出现对中心开孔的单脉冲导引头天线阵面的需求。

而对这种中心开孔的非均匀天线阵面的设计，传统的天线方向图综合方法已经不再适用。

为此本文对这种新颖的中心开孔的单脉冲缝隙阵列天线进行专门的设计和分析，所采用的单脉冲缝隙阵列天线选择毫米波段能够使天线得到较高的增益。

2、天线的特点和设计方法2.1 非均匀天线阵面的方向图综合
缝隙阵列天线中心开孔后，带来的问题是天线口面的激励分布发生了改变。

对于一个激励分布均匀的天线口面，其天线阵因子的副瓣为-13dB。

如果想要得到低副瓣，可以通过天线阵的加权方法进行方向图综合。

均匀阵的加权方法有泰勒分布方法和切比雪夫方法等等，其特点都是口面中心激励最大，朝边缘的方向逐渐变小。

但是当天线面阵中心开孔后，没有了激励最大部分，这时其天线面阵的天线副瓣就会迅速抬高。

图1是一个用泰勒分布方法加权副瓣为-26dB的316个阵元的均匀阵圆口面激励分布，图2是将其面阵中心去掉4*4阵元的非均匀阵的圆口面激励分布。

上述天线在天线面阵中心阵元去掉前后主面方向图副瓣发生的变化见图3所示。

可以看到天线的副瓣从原来的-26dB抬高到-19dB，原因是中心区激励幅度最大，对天线副瓣的加权比较敏感，失去中心区域的激励后导致天线副瓣恶化变差。

对这种非均匀阵的天线如何重新进行副瓣加权优化，我们基于遗传算法（GA）等全局优化算法研究，提出了一种针对这种非均匀阵的全新优化方法，优化后的中心开孔非均匀阵的圆口面激励分布见图4，天线的主面的副瓣经过这种方法优化可以做到小于-25dB，效果十分显著。