波导缝隙阵列天线的改进设计
用hfss设计波导裂缝驻波阵天线
应用HFSS9.0设计波导裂缝驻波阵天线范景云微波成像技术国家重点实验室 中国科学院电子学研究所 北京 100080摘要 传统的波导裂缝天线设计方法非常复杂，且天线研制周期长，本文借助高频结构分析软件HFSS9.0的优化功能给出了一种简便的矩形波导宽边纵向裂缝驻波阵的设计流程，并进行了仿真。
仿真结果与理论计算结果基本符合，利用HFSS9.0进行辅助设计的方法可以大大缩短天线研制周期。
关键词 波导裂缝，驻波阵天线，HFSS，优化 一、 引 言在机载雷达天线中，波导裂缝天线阵是应用最广泛的形式之一。
波导裂缝天线容易实现口径面的幅度分布和相位分布，口径面的利用系数高，而且它可满足雷达系统对天线增益高、副瓣低、体积小、重量轻的要求，所以在机载雷达中获得了广泛应用。
在阵列天线的条件下，必须考虑裂缝间的互耦影响。
一般来说，在实际天线应用中，通过实验测量阵列之间的互耦误差较大，且实验工作量很大。
所以，非常有必要利用计算机仿真来部分代替常规的实验工作。
Ansoft-HFSS 软件采用有限元法（FEM ）解决三维电磁场问题，求出S 、Y 、Z 参数，还可以得到场的方向图。
矩形波导宽边纵向裂缝驻波阵列的应用比较广泛，但对于谐振长度的求解，一直没有给出明确的理论推导和计算公式。
本文给出分析设计流程，讨论了HFSS 在设计中的应用，尤其在求解谐振长度时的快速简便的方法，通过设计实例可以看出仿真结果与理论计算结果十分接近，验证了此方法的正确性。
二、 波导纵向裂缝驻波阵的设计右图为矩形波导宽边纵向裂缝阵天线的结构示意图。
图1 波导纵向裂缝阵天线结构示意图图中，a 为波导宽度，b 为波导高度，t 为波导壁厚，w 为裂缝宽度，d 为相邻裂缝间距，l 为裂缝长度，x 为裂缝相对波导宽边中心线的偏移量。
根据Elliott 设计裂缝天线阵的基本理论，波导纵向裂缝驻波阵天线可以等效为图2的传输线模型[1]：图2 波导纵向裂缝阵天线的传输线模型为了获得驻波阵列，将辐射波导的一端短路，相邻裂缝与短路板的距离为4/g λ[2]。
天线原理与设计—缝隙天线和波导缝隙天线阵
6.1 波导缝隙天线阵
波导缝隙天线阵的应用 雷达、卫星通信、轨道交通等
6.1 缝隙天线
缝隙天线馈电（同轴线馈电）
不同的馈电位置具
有不同的输入阻抗
中心馈电的缝隙天
线的输入阻抗约为 500Ω
为实现与50 Ω同轴
线的匹配，可采用 偏馈方法
6.1 缝隙天线
单向辐射的缝隙天线 实际应用中，常采用增加背腔的方式实
现具有单向辐射的缝隙天线
背腔深度约为四分之波长 中心馈电的背腔缝隙天线输入阻抗为双
缝隙天线的原理
6.1 缝隙天线
6.1 缝隙天线
缝隙天线
等效磁流
对偶的导体 对称振子
6.1 缝隙天线
无限大导体平面上的半波长缝隙天线与互补的半 波长对称振子的方向图相同，但电场E和磁场H互 换。
6.1 缝隙天线
缝隙天线输入阻抗
根据电磁理论，缝隙天线的阻抗与其互补天线的阻抗之间
有如下关系：
Zisn
Hale Waihona Puke 6.1 缝隙天线6.1 缝隙天线
Love场等效原理
令等效问题v1中的场为零场，则S面上的等效面流为
♣情况1：设v1中媒质分布与v2中相同，则等效问题 就是自由空间中源辐射问题。 ♣情况2：设v1中填充理想导体。因为理想导体表面 的面电流不产生电磁场，所以 ，这种情况下S面上起 作用的只有面磁流。 ♣情况3：设v1中填充理想磁体。这时面磁流不产生 场，起作用的只有面电流 。
不同的馈电位置具有不同的输入阻抗中心馈电的缝隙天线的输入阻抗约为500为实现与50同轴线的匹配可采用偏馈方法实际应用中常采用增加背腔的方式实现具有单向辐射的缝隙天线中心馈电的背腔缝隙天线输入阻抗为双向辐射缝隙天线的两倍约为1000通常在传输te10波的矩形波导壁上开缝来构造各种缝隙天线相邻缝隙间距为二分之波导波长所有缝隙为同相激励阵列具有边射辐射特性相邻宽边纵缝位于波导中线两侧相邻窄边横缝斜向相反从而保证同相激励工作频率改变时各缝隙的激励相位不再同相天线匹配迅速恶化因此此类天线的带宽通常较窄10相邻缝隙间距均为二分之波导波长因此馈电端的输入电导为n个缝隙电导之和为保证输入端匹配g相邻缝隙间距大于二分之波导波长小于一个波导波长所有缝隙间具有线性相差阵列最大辐射方向偏离法向方向且随频率变化馈电波导内场近似为行波分布可在较宽的频带上保持良好的匹配
波导缝隙天线分析与研究
波导缝隙天线分析与研究波导缝隙天线是一种广泛应用于无线通信领域的设备，它的性能优劣直接影响到无线通信系统的性能。
本文将围绕波导缝隙天线展开分析与研究，具体包括其定义、特点、应用场景等方面，并对其优缺点进行深入探讨。
波导缝隙天线定义与特点波导缝隙天线是一种利用波导窄边缝隙作为辐射源的微波天线，它主要由波导和缝隙两个部分构成。
波导通常采用传输线形式，通过在波导窄边开缝产生辐射，实现电磁波的发射和接收。
波导缝隙天线具有结构简单、易于制造、成本低等优点，同时具有高辐射效率、宽频带及良好定向性等优良特性。
波导缝隙天线应用场景波导缝隙天线因其优良的性能而被广泛应用于卫星通信、移动通信和互联网等多个领域。
卫星通信在卫星通信领域，波导缝隙天线被广泛应用于地球站、卫星地面站等场所。
作为一种典型的微波通信方式，卫星通信对天线的性能要求较高，而波导缝隙天线的高辐射效率、宽频带及良好定向性等特点恰好满足其需求。
通过与其他微波器件的配合，波导缝隙天线可用于实现卫星通信链路的发送和接收。
移动通信在移动通信领域，波导缝隙天线同样具有广泛的应用。
例如，在基站建设中使用波导缝隙天线可以增强信号覆盖范围和提高信号质量。
波导缝隙天线还被用于移动终端设备中，以提高设备的通信性能。
互联网在互联网领域，波导缝隙天线主要应用于无线局域网（WLAN）和微波接入互联网（WiMAX）等无线通信系统。
在这些系统中，波导缝隙天线作为发射和接收装置，可以实现高速无线数据传输。
同时，其宽频带及良好定向性的特点有助于提高无线通信系统的容量和稳定性。
波导缝隙天线优缺点波导缝隙天线具有许多优点，如结构简单、易于制造、成本低等。
同时，它还具有高辐射效率、宽频带及良好定向性等优良特性。
然而，波导缝隙天线也存在一些缺点，主要表现在以下几个方面：交叉极化性能较差交叉极化是衡量天线性能的重要指标之一，它表示天线的辐射方向图中主极化分量与交叉极化分量的比值。
在实际应用中，波导缝隙天线的交叉极化性能较差，这可能导致信号质量的下降。
波导缝隙阵列天线与印刷缝隙单元天线研究
波导缝隙阵列天线与印刷缝隙单元天线研究波导缝隙阵列天线与印刷缝隙单元天线研究摘要：随着无线通信技术的迅猛发展，天线作为通信系统中不可或缺的重要组成部分，其设计和性能研究一直受到广泛关注。
在天线研究领域中，波导缝隙阵列天线和印刷缝隙单元天线是两种热门的研究方向。
本文将对这两种天线结构进行比较研究，探讨其特点、优缺点以及适用范围，以期为天线设计和应用提供一定的指导和参考。
关键词：波导缝隙阵列天线，印刷缝隙单元天线，特性比较，优缺点，适用范围1. 引言天线是无线通信系统中的重要组成部分，其设计和性能直接影响着通信系统的传输质量和性能。
波导缝隙阵列天线和印刷缝隙单元天线是当前研究较为广泛的两种天线结构，各自具有特点和优缺点。
本文将对波导缝隙阵列天线和印刷缝隙单元天线的特性进行比较研究，旨在为天线的设计和应用提供一定的参考。
2. 波导缝隙阵列天线2.1 特点波导缝隙阵列天线是一种在导电板上安装缝隙结构的天线。
其主要特点如下：a) 可以实现较高的方向性和较宽的工作频带；b) 抗干扰能力强，适用于高复杂度的通信环境；c) 具有较大的增益和较低的副瓣水平；d) 可以实现相位喷流控制和电子波束扫描。
2.2 优缺点波导缝隙阵列天线具有以下优点：a) 高方向性：可以实现较高的方向性和较宽的工作频带，适用于需要远距离通信的应用场景；b) 抗干扰能力强：其缝隙结构可以提高天线的抗干扰能力，适用于高复杂度的通信环境；c) 较大增益和较低副瓣水平：可以实现较大的增益和较低的副瓣水平，提高通信系统的传输质量。
然而，波导缝隙阵列天线也存在一些缺点：a) 结构复杂：波导缝隙阵列天线的制造和调整过程较为复杂，需要较高的技术要求；b) 尺寸较大：由于其结构特点，波导缝隙阵列天线的尺寸通常较大，不适用于体积较小的设备。
3. 印刷缝隙单元天线3.1 特点印刷缝隙单元天线是通过在平面导体上打开缝隙来实现的微带天线结构。
其主要特点如下：a) 结构简单：与波导缝隙阵列天线相比，印刷缝隙单元天线结构相对简单，制造和调整难度较小；b) 尺寸小巧：由于其基于微带技术，印刷缝隙单元天线通常具有较小的尺寸，适用于体积较小的设备；c) 易于集成：印刷缝隙单元天线可以方便地与其他电路元件进行集成。
基于矩形波导缝隙馈电的阵列天线设计
基于矩形波导缝隙馈电的阵列天线设计随着通信技术的不断发展，天线的设计也越来越受到关注。
天线是无线通信系统中最重要的组成部分之一，它的性能直接影响着通信质量和系统的效率。
阵列天线是一种常见的天线类型，它具有指向性强、增益高等优点，广泛应用于通信、雷达、卫星等领域。
本文将以《基于矩形波导缝隙馈电的阵列天线设计》为题，详细介绍阵列天线的基本原理、设计方法和实现过程。
一、阵列天线的基本原理阵列天线是由多个天线单元组成的天线系统，每个天线单元之间具有一定的间距，天线单元的相对位置和相位关系决定了阵列天线的指向性和增益。
阵列天线的基本原理是利用多个天线单元的干涉作用，将天线辐射的信号进行合成，从而实现指向性较强的辐射模式。
阵列天线的增益与天线单元数目成正比，因此阵列天线具有较高的增益和指向性。
二、阵列天线的设计方法1.天线单元的设计阵列天线的性能取决于天线单元的设计，因此天线单元的设计是阵列天线设计的关键。
常见的天线单元有贴片天线、微带天线、饰带天线等。
在设计天线单元时，需要考虑天线的工作频率、增益、带宽和阻抗匹配等因素。
2.阵列结构的设计阵列天线的结构设计包括天线单元的相对位置和相位关系的确定。
天线单元之间的间距和相对位置会影响阵列天线的指向性和增益。
相位关系的确定可以通过调整天线单元的馈电相位实现，通常采用相邻天线单元相位差为1/2波长的方式。
3.阵列天线的辐射特性分析在确定阵列天线的结构后，需要进行辐射特性分析。
常用的分析方法有全波长模拟和射线追踪法。
全波长模拟可以得到天线的辐射模式和增益等参数，但计算复杂度较高。
射线追踪法则可以快速计算天线的辐射模式和增益等参数，但对于较复杂的阵列结构可能会存在误差。
三、矩形波导缝隙馈电的阵列天线设计本文以矩形波导缝隙馈电的阵列天线为例，介绍阵列天线的设计过程。
矩形波导缝隙馈电的阵列天线是一种常见的阵列天线类型，具有结构简单、制作容易等优点。
1.天线单元的设计本文采用贴片天线作为天线单元，贴片天线的工作频率为2.4GHz，增益为3.5dBi，带宽为100MHz，阻抗为50Ω。
波导缝隙天线的设计和仿真
波导缝隙天线的设计和仿真波导馈电的缝隙阵天线自第二次世界大战以后有很大发展。
它广泛用于各种领域：1、地面、舰载、机载雷达2、导航雷达3、气象雷达4、雷达信标天线LL………………………………特别最近十几年，随着对雷达抗干扰要求的提高、脉冲多普勒可视雷达的发展，要求天线应具有低副瓣或极低副瓣的性能，使波导缝隙天线成为此项要求的优选形式。
同时随着各种计算机辅助技术的发展，如数控机床的使用，天线的整体焊接技术等，为波导缝隙天线的使用创造了基础。
波导缝隙构成的阵列主要有两种形式，即波导宽边开缝和波导窄边开缝，我们本次主要向大家介绍的是波导宽边开缝而构成的波导缝隙天线阵的设计与仿真。
波导宽边纵缝阵列天线不但具有口面效率高、副瓣电平低等优良的电气性能，而且还有厚度小、重量轻、结构紧凑、强度高、安装方便、抗风力强、功率容量大等特点，从而在机载火控雷达、导弹巡航等方面有着其它天线无法替代的优势。
下面是几个波导宽边缝隙构成的阵列在实际中的应用实例。
主要讨论的内容：1.波导缝隙天线的设计基础理论2.波导缝隙行波线阵天线的设计和仿真3.波导缝隙驻波线、面阵天线的设计和仿真4.波导缝隙天线的Ansoft HFSS的实例设计和仿真（一）波导缝隙阵天线设计的基础理论本章中您主要的目标是：1.熟悉波导缝隙天线的基本概念。
2.了解波导缝隙的基本等效电路。
3.理解波导缝隙天线的基本电参数和缝隙阵列的构成。
4.知道波导缝隙天线的基本设计过程。
把一根波导放在自由空间，在波导输入端输入信号，波导终端接匹配负载。
如果在波导宽边或窄边上切割一个窄的缝隙，此缝隙切断波导壁上的传导电流，在缝隙上将产生电场，且对波导内壁电流产生扰动，并从波导内耦合部分电磁能量向自由空间辐射。
随着缝隙切割在波导壁的位置不同，形成不同的缝隙形式。
若缝隙的几何尺寸、其在波导上的位置以及在波导中传送能量确定，则缝隙辐射能量的幅度及相位就确定了。
一般在工程应用中，只要提到波导缝隙的设计，就会想到缝隙的等效电路。
S波段圆柱波导缝隙阵列天线设计
S波段圆柱波导缝隙阵列天线设计摘要：本文介绍了S波段圆柱波导缝隙阵组成的圆形阵列天线设计,通过底部馈源的馈电，经圆柱波导壁隙缝阵辐射，实现水平极化和全向特性。
利用Ansoft HFSS仿真设计并加工试验，实测结果与仿真结果吻合较好。
对于实际生产中性能超差的阵列天线采用加载阻抗匹配环的方法进行性能优化，使该阵列天线性能达到最优。
测试表明，该阵列天线的驻波≤2.5，相对带宽10%，Ｈ面全向最大增益为5.0dBi，垂直面波束宽度≥40。
关键词：缝隙；极化；全向；阵列0引言全向天线广泛应用于的军事、通信、广播等领域。
全向天线的极化形式有水平极化、垂直极化和圆极化，垂直极化近似电偶极子的辐射，水平极化近似磁偶极子的辐射。
本文介绍的水平极化全向天线是一种圆柱波导缝隙天线组成圆形阵列，该阵列天线结构简单，易于加工，可应用于S频段通信系统。
1 圆形阵列天线原理均匀圆形阵列（UCA）的辐射单元是等间距均匀分布于圆的外围且等幅同相激励，远场坐标用（）表示，如图1所示，圆形阵列辐射函数是在单元因子与阵列因子的共同作用下产生，见图2，其相应的方位面内远场表达式（1）为：本文介绍的是S波段波导缝隙天线共形阵，极化方式为水平极化。
圆柱波导上的缝隙阵结构如图4所示，其中r为圆柱形空腔内半径，d0为双层铅锤缝隙的间距，d1为第一层缝隙中心与地板的间距。
本阵列天线使用二级过渡匹配柱作为馈源对缝隙阵列馈电，由单元缝隙组成的圆形阵列天线在阵中均匀分布7个缝隙，分上下两层，缝隙的纵向间距相同。
为了有效形成全向性方向图，在每个缝隙旁附加一个耦合探针，通过探针耦合能够有效产生一个水平面全向的方向图。
为了提高天线的不圆度，探针位置在纵向上交错分布，即第一行探针在缝隙的左边，第二行在缝隙的右边，且耦合探针位于缝隙中心处[3]。
3 仿真结果及分析利用高频仿真软件HFSS建立仿真结构图（见图5），并进行仿真计算，天线的各项参数设置为：圆柱形空腔的内径2a=1.1λ0，单元缝纵向间距d0为0.7λ0，横向缝隙在圆周上数量s为7，销钉直径为0.02λ0，销钉长度为λ0/4，缝隙宽度为2mm，缝隙长度为0.5λ0，缝隙中心与地板间距d1为0.75λ0。
波导裂缝阵天线以及宽带微带天线的研究和设计的开题报告
波导裂缝阵天线以及宽带微带天线的研究和设计的开题报告一、选题背景在现代通信系统中，无线天线是最不可或缺的组成部分之一。
无线天线的设计和研究一直是无线通信技术领域中的一个热点，其重要性不言而喻。
本课题主要研究波导裂缝阵天线以及宽带微带天线的设计与应用，为无线通信技术的进一步发展做出贡献。
二、研究内容1.波导裂缝阵天线的研究和设计波导裂缝阵天线是指在波导板上开缝隙，形成一定的阵列结构，从而实现较大的功率传输和接收。
本课题将探究波导裂缝阵天线的设计和性能分析，包括阵列参数的选择，阵列损耗的优化等。
2.宽带微带天线的研究和设计宽带微带天线具有结构简单、重量轻、成本低等优点，并能够实现宽带频率响应，适用于移动通信系统等领域。
本课题将研究宽带微带天线的设计和性能分析，通过优化天线结构、改善辐射特性等手段，提高其性能和效率。
三、研究意义本课题的研究和设计，旨在提高无线通信系统的性能和效率，为通信领域的进一步发展做出贡献。
同时，本课题的研究成果还可以应用于雷达、导航等领域，具有广泛的应用前景。
四、研究方法本研究将采用理论分析和仿真验证相结合的方法，通过建立数值模型，对波导裂缝阵天线和宽带微带天线的特性进行分析和优化，从而获得最佳的性能和效率。
五、预期成果本课题的预期成果包括：波导裂缝阵天线和宽带微带天线的设计和性能分析；仿真模型的建立和验证；论文发表等。
六、总结本课题将对波导裂缝阵天线和宽带微带天线的设计和应用进行深入研究，旨在提高无线通信系统的性能和效率，为通信领域的进一步发展做出贡献。
同时，本课题的研究成果还将具有较广泛的应用前景。
X波段低副瓣波导缝隙阵列天线设计
０ 引 言
波导缝隙天线具有口径面场分布容易控制、天线 口径效率高、性能稳定、结构简单紧凑、强度高、安装方 便等优点，被广泛应用于雷达和通讯领域［１］ 。 早期的 波导裂缝天线设计主要通过加工、测试大量的试验小 面阵，从测试数据中提取缝隙的导纳参数，再以此设计 缝隙天线，耗费较多的时间，成本也较高［２］ 。 电磁仿 真软件的出现，可利用仿真软件获得波导缝隙天线的 散射参数，再用理论公式计算出缝隙的有源导纳［３］ ， 极大提高了天线设计的效率。 但是，由于波导缝隙的 边缘缝隙和中间缝隙的互耦不同，电磁仿真软件提取 的导纳参数并不十分准确。 本文采用电磁仿真软件和 传统理论结合的方法，在设计过程中利用仿真软件计
－３０ ｄＢ，缝隙间距取 ０．４６λｇ，缝隙数量为 １１０ 个，采用 副瓣电平为－３５ ｄＢ、等副瓣个数为 ８ 的泰勒分布。 缝 隙幅度分布如图 １ 所示。
收稿日期：２０１８⁃１１⁃０９；修回日期：２０１８⁃１２⁃０１ 作者简介：简玲，女，１９８０ 年生，高级工程师，硕士，研究方向：微波天线技术；石磊，男，１９８３ 年生，高级工程师，硕士，研究方向：微
波天线技术；陈晓鹏，男，１９８９ 年生，工程师，硕士，研究方向：微波天线技术。
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雷达与对抗 ２０１９ 年 第 １ 期
图 １ 缝隙幅度分布
假定线阵的末端吸收功率是已知的，则根据线源
的幅度分布和天线效率可以计算出不同缝隙对应的电
导分布。 缝隙电导与线源幅度分布的关系为［４］
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａｎ Ｘ⁃ｂａｎｄ ｌｏｗ ｓｉｄｅｌｏｂｅ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｓｌｏｔ ａｒｒａｙ ａｎｔｅｎｎａ
ＪＩＡＮ Ｌｉｎｇ， ＳＨＩ Ｌｅｉ， ＣＨＥＮ Ｘｉａｏ⁃ｐｅｎｇ （ Ｎｏ．７２４ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ ＣＳＩＣ， Ｎａｎｊｉｎｇ ２１１１５３） Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ａｎ Ｘ⁃ｂａｎｄ ｎａｒｒｏｗ⁃ｅｄｇｅ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｓｌｏｔ ａｒｒａｙ ａｎｔｅｎｎａ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ． Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｍｍｅｒ⁃ ｃｉａｌ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ， ｔｈｅ Ｓ２１ ｏｆ ｔｈｅ ｓｌｏｔｔｅｄ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｉｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ， ｔｈｅ ｃｏｎｄｕｃｔａｎｃｅ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｔｈｅ ｒａｄｉａｔｉｎｇ ｓｌｏｔ ｉｓ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ， ａｎｄ ｔｈｅ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｓｌｏｔ ａｒｒａｙ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｔａｙｌｏｒ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ． Ｔｈｅ ａｎｔｅｎｎａ ａｄｏｐｔｓ ｔｈｅ ｅｎｄ⁃ｆｅｄ ｃｏａｘｉａｌ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｂｕｉｌｔ⁃ｉｎ ａｂ⁃ ｓｏｒｐｔｉｏｎ ｌｏａｄ ｗｉｔｈ ｓｉｍｐｌｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｌｉｇｈｔ ｗｅｉｇｈｔ． Ｔｈｅ ｌｉｎｅ ｓｏｕｒｃｅ ｉｓ ｆｉｘｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｂａｃｋ ｓｃｒｅｗｓ， ａｎｄ ｔｈｅｒｅ ａｒｅ ｎｏ ｆｉｘｅｄ ｂｌｏｃｋｓ ｏｎ ｔｈｅ ｆｒｏｎｔ ｓｉｄｅ． Ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ＶＳＷＲ ｉｓ ｌｏｗｅｒ ｔｈａｎ １．２ ａｔ ｔｈｅ ｂａｎｄ⁃ ｗｉｄｔｈ ｏｆ ８％ ａｎｄ ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ＳＬＬ ｉｎ ｔｈｅ ａｚｉｍｕｔｈ ｐｌａｎｅ ｉｓ ｌｏｗｅｒ ｔｈａｎ －３２ ｄＢ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ： ａｒｒａｙ ａｎｔｅｎｎａ； ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｓｌｏｔ； ＶＳＷＲ ｓｉｄｅｌｏｂｅ
实验八-波导缝隙阵天线的设计与仿真
实验八 波导缝隙阵天线的设计与仿真一、实验目的1.设计一个波导缝隙阵天线2.查看并分析波导缝隙阵天线的二、实验设备装有HFSS 13.0软件的笔记本电脑一台三、实验原理波导缝隙阵具有口面效率高、副瓣电平低等优良的性能。
这里考虑宽边纵向谐振式驻波阵列，每个缝隙相距0.5λg ，距离波导宽边中心有一定偏移。
Stevenson 给出宽边上纵向并联缝隙的电导为()a x g g π21sin =()()g g b a g λλπλλ2cos 09.221=其中，x 为待求的偏移，a 为波导内壁宽边长度，λg 为波导波长。
在具体的设计中，可以利用HFSS 的优化功能来确定缝隙的谐振长度。
首先确定在谐振缝隙设计中存在的几个变量，主要有缝隙偏移波导中心线的距离Offset ，缝隙的长度L ，缝隙的宽度W 等。
一般可根据实际的加工确定出缝隙的宽度W ，应用HFSS 的优化功能得出缝隙的偏移量Offset 和缝隙长度Length 。
如图1所示，在波端口的Y 矩阵参数可以等效于距检测端口的1/2个波导波长的缝隙中心的Y 矩阵参数，根据波导缝隙的基本设计理论，在谐振时缝隙的等效阻抗或导纳为实数。
因此，当缝隙谐振时有Im(Y)=0。
单缝谐振长度优化示意图如下：设计一个由20个缝隙组成的缝隙阵，采用Chebyshev 电流分布，前10个缝的电平分布如下：n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 a n0.33 0.29 0.39 0.50.62 0.73 0.83 0.91 0.971.0根据电平分布进行归一化：∑==101212n naK短路波端口g λ41g λ21L可以得到K=0.100598。
由下式可以得到各个缝隙的导纳值:gn=Ka2n 各个缝隙的导纳如下：g_1=0.010955，g_2=0.00846 g_3=0.0153，g_4=0.0265 g_5=0.03867，g_6=0.0536 g_7=0.0693，g_8=0.0833 g_9=0.09465，g_10=0.100598选用WR-9型波导，其波导尺寸为：宽边a=22.86mm ，窄边b=10.16mm 。
脊波导缝隙平面阵列天线的设计研究的开题报告
脊波导缝隙平面阵列天线的设计研究的开题报告一、课题背景及研究意义随着移动通信技术的飞速发展，人们对于通讯质量的要求也越来越高。
天线作为通信系统的重要组成部分，其性能的优劣直接影响着通信系统的质量。
面向更快、更稳定的通信服务，平面阵列天线逐渐成为业界关注的焦点。
目前，大多数平面阵列天线采用谐振耦合方式实现波束控制，但其波束宽度随着阵列元素的增多而减小，这对于实现大覆盖范围下的高速传输任务十分不利。
针对这一问题，研究人员提出了脊波导缝隙平面阵列天线。
该天线由脊波导缝隙微带天线和平面板导体组成，利用脊波导缝隙微带天线提供高增益、窄波束，平面板导体实现相邻基元之间的互耦和相位调节，可以实现波束宽度的控制，提高天线的性能。
本研究旨在设计一种脊波导缝隙平面阵列天线，并对其性能进行分析与优化，为天线应用进一步提升通信质量提供技术支撑。
二、研究内容1. 设计具有良好性能的脊波导缝隙平面阵列天线；2. 对阵列天线的特性进行仿真分析；3. 对天线的性能参数进行优化；4. 制作并测试脊波导缝隙平面阵列天线的性能，并与传统平面阵列天线进行比较分析；5. 对实验结果进行分析与讨论。
三、研究方法1. 利用HFSS软件建立阵列天线模型，进行电磁仿真；2. 对天线的增益、阻抗、选择性、波束宽度等性能指标进行分析与评估；3. 通过调整天线元素的参数以及阵列的布局来优化天线性能；4. 制作天线样机并进行性能测试，包括辐射特性、频率响应等；5. 对实验结果进行分析与讨论。
四、预期成果1. 设计出具有良好性能的脊波导缝隙平面阵列天线；2. 对阵列天线的性能参数进行优化；3. 制作出阵列天线的样机，并测试其性能；4. 为平面阵列天线在移动通信领域的发展提供新思路。
五、研究进度安排第一阶段：文献调研和理论分析，包括对脊波导缝隙微带天线、平面板导体的特性进行分析。
时间：两周。
第二阶段：建立脊波导缝隙平面阵列天线的仿真模型，对其性能进行仿真分析。
【总结】波导缝隙阵带宽总结
波导缝隙阵带宽总结一，改善波导缝隙天线带宽的方法：波导裂缝阵列天线具有较高的功率容量、较低的交叉极化、较低的馈电损耗以及较高的效率等优点而被广泛应用于雷达和通信领域。
波导缝隙天线虽然有很多优点，但是其也有固有的缺点，即工作频带很窄，相对带宽一般在1%-4%之间。
但是随着需求的发展，目前一些应用对波导缝隙天线的带宽也提出了要求，例如高分辨率合成孔径雷达，同时在这些应用中对交叉极化抑制的要求也很高，因此对宽带和低交叉极化的波导缝隙阵的研究是具有非常现实的意义的。
波导缝隙天线阵包括两种，行波阵和谐振阵。
前者波导辐射缝隙间距偏离半个波导波长，一端激励一端接匹配负载，电磁波在波导内成行波状态，通常应用与大型天线阵中。
后者单元间距为半个波导波长，一端激励一端在离最后一个辐射缝隙四分之一波导波长处短路，波导内电磁波呈驻波状态，这种阵一般应用于小型阵列。
前者频带宽些，但在大型阵中由于波导传输损耗及终端负载的吸收，效率较低。
后者一般效率高些，但是带宽窄些。
总之，工作频带都较窄。
早期人们采用串-并联缝隙，倾斜偏置缝或分别匹配每个缝隙的方法来展宽带宽，但是采用串-并联缝隙或倾斜偏置缝将带来另一计划分量增加的问题，而匹配每个缝隙对于天线阵设计来说是比较困难的事情。
目前，常用的改善波导缝隙天线带宽的方法有三种：１将天线分成若干个子阵；２采用中间馈电的馈电方式；3用脊波导代替矩形波导。
二，具体实例（1）对于波导窄边开斜缝天线阵，由于缝隙倾斜引起较高的交叉极化电平。
窄边非倾斜缝辐射单元形式。
由于辐射电磁波的电场分量垂直于辐射细缝，而此种辐射缝隙完全垂直于波导的轴线，排除了单元在垂直于波导纵向的电场分量，因此辐射电磁波只包含波导轴向分量，从而得到优越的交叉极化特性。
所以用非倾斜缝隙作为辐射单元组成的天线将得到非常高的交叉极化抑制性能。
本文提出一种非倾斜缝的新型激励方式，将一对切角矩形金属膜片置于缝隙两边，膜片紧贴于波导的宽边和上部窄边上，这种结构有利于天线阵的制作和增加可靠性。
基于改进遗传算法的波导缝隙阵天线设计方法
波 导缝 隙 阵天线 通 常是多 个开 在波 导窄 边 的倾 斜缝隙， 或 波导 宽边 的纵 向缝 隙 以及 波 导 中心 线 的 倾 斜缝 隙 。波导 缝 隙阵 既可 以是谐 振式 驻波 阵也 可
很好地适应 了无线 电引信 的要求ｌ ＿ １ ］ 。但是 由于尺
＊ 收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ — １ ０ — １ ２ 作者简介 ： 史龙（ １ ９ ７ ８ 一） ， 男， 陕西长安人 ， 硕士， 工程师 ， 研 究方 向： 微 波 毫米 波技 术 。Ｅ － ｍａ ｉ ｌ ： ｓ ｈ ｉ ａ ｌ ｏ ｎ ｇ ＠１ ２ ６ ． ｃ ｏ ｍ。
波束和低副瓣 ， 因此本文提 出了一种基 于改进遗传 算 法 的波导 缝 隙阵 天 线设 计 方 法 ， 使 得 体 积 受 限 的
无 线 电引信 天线 在单 元数 量有 限的条件 下将 副瓣 电 平 控制 在较 低水 平 。
结构 简单 紧 凑 、 强度高 、 抗风力强等优点 ， 而 且 容 易 实现 窄波 束 、 低 副瓣 乃 至超 低 副瓣 。波 导 缝 隙 线 阵
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基于波导结构的缝隙阵列及连续切向节阵列天线研究
基于波导结构的缝隙阵列及连续切向节阵列天线研究基于波导结构的缝隙阵列及连续切向节阵列天线研究摘要：天线是无线通信系统中至关重要的组成部分，其性能直接影响到通信质量和系统容量。
对天线结构的研究一直是无线通信领域的热点之一。
本文主要研究了基于波导结构的缝隙阵列及连续切向节阵列天线的设计、制备与性能分析。
通过数值模拟和实验测试，证明了这两种天线结构的有效性和高性能。
该研究对于提高天线性能和无线通信系统的可靠性具有一定的指导意义。
1. 引言随着无线通信技术的快速发展，人们对于无线通信系统的要求不断提高。
而天线作为无线通信系统中最为关键的设备之一，其性能对系统的通信质量和数据传输速率有着直接影响。
2. 波导结构天线的设计原理基于波导结构的天线能够有效地控制电磁波的传播方向和辐射特性，具有较高的增益和方向性。
3. 缝隙阵列天线的设计与制备缝隙阵列天线是一种常用的波导结构天线，其结构简单且易于制备。
通过合理设计缝隙的宽度和间距等参数，可以实现天线的多频段操作。
4. 连续切向节阵列天线的设计与制备连续切向节阵列天线是一种新型的波导结构天线，具有高增益和良好的辐射特性。
通过在波导表面连续切割一系列切向槽，可以实现天线的宽带和高效率辐射。
5. 数值模拟与实验测试通过使用数值模拟软件对设计的天线进行仿真分析，并通过实验测试验证了仿真结果的准确性。
实验结果表明，设计的缝隙阵列天线和连续切向节阵列天线均具有优秀的性能。
6. 性能分析与讨论通过对实验测试结果的分析，可以得出缝隙阵列天线和连续切向节阵列天线的增益、辐射特性、方向性等性能指标。
与传统天线相比，这两种天线结构具有更好的性能和更广泛的应用前景。
7. 结论本研究设计了基于波导结构的缝隙阵列及连续切向节阵列天线，并通过数值模拟和实验测试证明了其高性能和有效性。
这对于提高天线性能和无线通信系统的可靠性具有一定的指导意义。
未来的研究方向可以进一步优化结构，实现更高的增益和更好的辐射特性。
单脊波导缝隙阵天线的研究与设计
光 通 信 研
Ｓ ＴＵＤＹ ０Ｎ ＯＰＴＩ ＣＡＬ Ｃ０Ｍ Ｍ ＵＮＩ ＣＡＴＩ ＯＮＳ
２ Ｏ１ ３ ． １ ２
（ Ｓｕ ｍ． Ｎｏ ． Ｉ ８ Ｏ ）
无 线 通 信 技 术
单脊波导缝隙 阵天 线的研究 与设 计
吴 琼。 陈 小 强
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｎ ａ ｎｄ ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ｓ ｉ ｎ ｇ ｌ ｅ － ｒ ｉ ｄｇ ｅ ｗａ ｖ ｅ ｇ ｕ ｉ ｄ ｅ ｓ ｌ ｏ ｔ ａ ｒ ｒ ａ ｙ ａ ｎ ｔ ｅ ｎ ｎａ ｓ
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（ 兰州 交通 大 学 自动 化 与 电 气 工 程 学 院 ， 甘 肃 兰州 ７ ３ ０ ０ ７ ０ ） 摘要： 缝 隙波导具有频带宽 、 口面 效 率 高 等 特 点 ， 根 据 道 尔 夫 一 切 比 雪 夫 口径 分 布 法 ， 用 ＭＡＴ Ｌ ＡＢ软 件 编 程 对 单 脊 波 导 缝 隙 天线阵列辐射缝隙参数进行计算 ， 设 计 了一 个 ８缝 隙单 脊 波 导缝 隙 阵 天 线 ， 并 利 用三 维 电 磁 仿 真 软 件 ＨＦ Ｓ Ｓ对 天 线 缝 隙 的 参 数进行优化 ， 对 天 线 的 带 宽 特 性 进 行 了仿 真 研 究 。结 果 表 明 ， 单 脊 缝 隙波 导 的 尺 寸 参 数 对 带 宽有 影 响 ， 相 对 于矩 形缝 隙波 导 ， 单 脊 缝 隙 波 导 驻 波 带 宽有 较 大 幅度 的展 宽 ， 研 究 结 果 可 为缝 隙 脊 波 导 在 通 信 与 雷 达 天 线 方 面 的应 用提 供 参 考 。 关键 词 ： 单脊 波导 ； 缝 隙天 线 ； 缝 隙参 数 ； 带 宽 中图分类号 ： ＴＮ ８ ２ ０ 文 献 标 志码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ５ — ８ ７ ８ ８ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ６ — ０ ０ ６ ５ — ０ ３
基于复数电压分布的波导缝隙天线的改进设计
天线 的方 向图可 以为任意 的形 状 。最后 ， 与商业 软件 Ａｎ ｏｔ Ｓ ｓ ｆ ＨＦ Ｓ仿 真 的结果 比较 ， 明了此方 法 的有 效性 。 证
基 于 复 数 电压 分 布 的 波 导 缝 隙 天 线 的 改 进 设 计
石 力 ， 邓云凯
（ ．中 国科 学 院 电子 学 研 究 所 ，北京 １ ０ ９ ； ２ １ ０ １ ０ ．中 国科 学 院 研究 生 院 ，北 京 １０ ４ ） ０ ０ ９
摘 要 ： 针 对 波 导 缝 隙 阵 列 ， 出 了一 种 基 于复 数 电压 分 布 的 改进 的波 导 缝 隙阵 列 天 线 的 设 计 方 法 。针 提 对 Ｅｌ ｔ 对 于 波导 缝 隙 阵列 的设 计 只适 用 于实 数 的 电压 分 布 ， 而 不 能 设 计 出 有 任 意 形 状 的方 向 图 的 天 线 的 ｌｏｔ ｉ 从 问 题 ， 此 方 法 进 行 了 改 进 ， 其 扩 展 到 了任 意 的 复数 电压 分 布 ， 且 考 虑 了缝 隙 之 间互 耦 的 影 响 。最 后 ， 用 对 将 并 利 改 进 的 方法 设 计 了一 个 有 １ ６个 缝 隙 的 端 馈 线 阵 方 向 图 ， 商 业 软 件 Ａｎｏｔ Ｓ 与 ｓｆ ＨＦ Ｓ的仿 真 结 果 比较 ， 明 了方 证
１ 改进 的设 计 方 法
１ １ 理 论 ．
图 １为波导 裂缝 天线 结构示 意 图 ， ， 。 … ， 为缝 隙 的偏 置 ， ，。 … ， ｚ， ｚ ｚ ｚ， ｚ 为缝 隙的半 缝 长 。在谐 振 天线 阵列 中， 每个缝 隙 的相位 是相 同的 ， 隙 的电场 最大 值在 每个 缝 隙 的 中心 。波导 的末 端是 短路 面 ， 离最 后 一 缝 距 个缝 的 中心 ／ （ 为波导 波长 ） 使 得波 导输 入导纳 等 于缝 隙导纳 之和 。波导 缝 隙阵列 的设计 公式 为 ４ａ ，
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图 １天线辐射 阵面 的子 阵划分
图 ２ 中频 Ｅ面 方 向图
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关键词 ： 导缝隙 ； 瓣电平； 化 波 副 ４ ｇ
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一
参数 前提下进行 仿真 ， 得到 中频 Ｅ 面方 向 图如 图 ２ 由仿 真结果知 ： 。 天线 Ｅ面方 向图远 区 （０ ６ 。附 ＝０ 近 ）副瓣 电平并不是逐渐下 降的 ，
此 处 副 瓣 电平 约 一 ５ Ｂ左 右 。 ３ｄ ３ 天 线 改 进 设 计 ３１数学模型分析 ． 将 口径 场 测 试 原 理 应 用 到 ＨＦ Ｓ仿真软件 中 ，在 天线表面设 Ｓ 置感应场 积分线 ， 由此可获取辐射
科 技 论 坛
・ ９・ ５
波导缝 隙阵列天 线 的改进设 计
赵茂华 ， 杨彦炯 ｚ
（、 １ 中国民用航 空汕头空 中交通 管理站 ， 东 汕 头 ５ ５ ５ ２ 西安 电子科技 大学 天线与微波技术 国家重点实验 室， 广 １ ５８ 、 陕西 西安 ７ ０ ７ ） １０ １ 摘 要： 针对 天线 Ｅ面远 区副瓣 电平抬高现象对天线进行改进设计 ， 寻求改善方 向图 Ｅ面远 区副瓣电平的方法。通过建 立辐射 阵面 的数 学与物 理模 型对阵面幅度分布进行微调 ， 最后利 用遗传算法对阵 面辐射单元进行优化 ， 解决 了方向图 Ｅ面远 区副瓣 电平抬 高的工程
１概 述 现 代 高 速 飞 行 器 要 求 雷 达 天 线有尽量小 的安装横截面 ， 最理想
Ｓｕｍ ｅａｍ ｎ Ｅ Ｐｌ ｂ ｊ ａｎｅ
情况就是将 天线紧贴飞行器头部 ， 而不是安装在 飞行器 外部 ， 这样 可 以减小 飞行中受到的空气 阻力 。 平 板 缝 隙天线 【１ 正是一 种理 想 的选 － ７ 择， 其优 势在于体积小 、 结构简单 、 机械 强度高 、 电网络与辐射体一 馈 体化 。在电气性能方 面 ， 平板缝 隙
表 １辐射缝隙幅度分布矩阵
束 。 整个 辐射阵面划分为四个 子 将
阵， 图 １ 示。 如 所 原 有 天 线 实 测 方 向 图在 Ｅ 面 方 向 图 远 区 （ ６ 。 附近 ） 瓣 为 ０＝ ０ 副 ３ｄ ， ４ Ｂ 不满 足其 一 ５ Ｂ的设 计要 ３ｄ 求， 故需对其进行改进设计 。 首先 ， 对 原 有 天 线 辐 射 阵 面 不 改 变 缝 隙
天 线 具 有 口径 分 布 容 易 控 制 、 易 容 实 现窄 波束 、 形波束 、 赋 无能 量漏 失、 口径效 率高 等特点 ， 其结 构及 电气 优点使 得 平板缝 隙 天线 越来 越 广 泛 的应 用 于 各 种 新 型 雷 达 。 ２ 天线 结构 及改进前 方向图 该天线共分 为三层 ： 上层 为天 线辐射 阵 面 ；中层 为耦 合馈 电波 导 ； 层 为 波 导 和 差 网络 。该 天 线 底 中差波 束没 有采 用传 统 的差波 束 形 成 方 案 ， 而 是 在 △Ｙ 面 （ ＝ ４ 。 ， 的旋 向如 图 １中所 ＋５ 示 ） △ｚ面（ ＝ １５ ） 、 ＋ ３ 。 形成差 波