共形天线及共形天线阵综述

大电流密度处开缝，依靠流经缝隙的位移电流向外空间辐射。 由Ｓｔｅｒｅｓｏｎ法，不同缝隙等效于不同的集总元件，如横缝等 效于串联阻抗，纵缝等效于并联导纳；这样便可用传输线理 论来分析它的等效电路。在实用中，尤其是在航天航空电子 系统中，波导缝隙天线更一般地是以阵列的形式出现，又分 为谐振式（驻波形）缝隙阵和非谐振式（行波型）缝隙阵。 具体到雷达系统中，相控阵波导缝隙阵更是屡见不鲜。自然 地，对于它的分析必须要用到相控阵天线理论。
（五）结语 共形（阵）天线当前的着眼点还是共形天线在结构上能 够与载体共形这一突出的优点。同时，它与自适应阵列技术 和数字波束形成技术相比，共形阵列天线的技术含量大于前 两者。当然，共形阵列技术也一定会与自适应技术和数字信 号处理技术相结合，形成一个崭新的天线技术发展趋势。 共形阵天线在军事和民用上都有着广阔的发展和应用前 景。当前和今后一个时期，一些激动的军事装备，如：飞机、 导弹、卫星、军舰、潜艇、坦克、运兵车等都将朝着军事装 备内外体积和空间充分利用和多重利用的方向发展。天线是 占据体积空间较大的一种技术设备，因此，将天线与装备（载 体）的结构共形将是充分和多重利用空间的一个重要措施。 因此专家预言共形阵列天线将会在军事装备上得到更多的应 用。 在民用方面与移动车辆、船体等结合同样可以节省空间。 家用卫星地面站也可以设计成一定形状与墙体结合的形式， 可以收看几个卫星的节目。
图２切割在矩形波导壁上的隙缝形式 在波导壁上的隙缝由于其切割波导内壁电流的不同，其 等效电路也不同，并依据此划分缝隙形式。 波导宽边纵向偏置隙缝（图２隙缝１）由简称为纵向隙缝。 此种隙缝切割波导宽边的横向电流，若将此隙缝放置在波导 宽边中心线时，则不切割波导电流，因此缝隙将不被激励。 此种隙缝与波导的等效传递线并联，因而又称为并联隙缝。 波导宽边中心线上的倾斜隙缝（图２隙缝２），简称为串 联隙缝。这是由于此种隙缝与波导等效传输线串联所致。 波导窄边上的隙缝（图２隙缝４、５），与波导窄边垂线成 一定角度，切割波导窄边的横向电流。隙缝４为使隙缝长度 谐振于工作频率而切入波导宽边的隙缝，通常使用的窄边隙 缝大多数为此种形式，若此隙缝与波导窄边垂直平行，则隙 缝不被激励，因而不向自由空间辐射。此种隙缝与波导等效 的传输线并联，又称波导窄边并联隙缝。 波导宽边隙缝（图２隙缝３），此种隙缝既切割波导内壁 的横向电流又切割波导内的纵向电流，此种隙缝称为并一串 隙缝。 实验和计算均表明，对于开在矩形波导上的隙缝Ｅ面（垂 直于隙缝轴向和波导壁面的平面）方向图与理想天线相比有 一定的畸变。对于宽边上的纵缝由于沿Ｅ面的电尺寸对标准 波导来说只有０．７２＾，所以其Ｅ面方向图的差别较大；而开 在宽边上的横缝，随着波导的纵向尺寸变长，其Ｅ面方向图 逐渐趋向于理想的半圆形。矩形波导隙缝天线Ｈ面（通过隙 缝轴向并且垂直于波导壁的平面）沿金属面方向的辐射为零， 所以波导的有限尺寸带来的影响相对较小，因此其Ｈ面方向 图与理想隙缝天线差别不大。同时考虑到波导隙缝天线和理 想隙缝天线的辐射空间不同，波导隙缝天线的辐射功率相当 于理想隙缝天线的一半，因此，波导隙缝天线的辐射电导也
【收稿日期】２００８—１１－１２ 【作者简介】赵刚（１９８２－－），男，供职于西安黄河集团有限公司，从事雷达天馈线调试工作。
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（三）共形天线及共形阵天线的分类
本文采用共形阵列天线的不同形状进行分类：
１．圆柱状共形阵列天线分为：振子天线（横向单元振子、
纵向单元振子）、隙缝天线（横向单元开槽、纵向单元开槽、
（二）共形天线及共形阵的特征 １．一般特征ｒ（１）共形阵能与载体共形，不破坏载体的 机械结构。（２）不仅可以节省空间，而且可以快速无惯性扫 描。（３）对于不同的共形阵天线，一般以下三种情况时合适 的：①对于小型导弹和火炮弹头的低增益天线；②对于飞机 机身安装ＥＣＭ天线：③宽角覆盖的电扫描阵。（４）具有特定 的电气指标，合适的结构形式，满意的机械强度及在恶劣的 条件下能正常工作。 ２．新特征：（１）单元栅格——不能以均匀矩形或六角形 栅格来覆盖某些几何形状。（２）单元极化——投影在表面上 的固定波瓣的极化可能不同于单元到单位元的情况，并可能 随主波束角而变化。（３）分布的离散性——对于某些几何形 状孔径（阵）分布不是一个常数。（４）波瓣性能的差别—— 视轴随着目的变化而改变。（５）互耦——曲面可以增大或减 小互耦，在计算中比平坦的表面增加了困难。（６）即使知道 了实际的激励（包括了整个互耦），每一个单元的单元波瓣也 是不同的，只有强有力的数值技术才能给出精确的结果。
２００９年第１期 （总第”３期）
大众科技 ＤＡＺＨＯＮＧ ＫＥＪＩ
Ｎｏ．１。２００９
（Ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅｌｙ Ｎｏ．”３）
共４３）
【摘要】共形天线（阵）是现在天线研究中比较热的一个领域，它能与载体共形，而不破坏栽体的机械性能，同时共形
形微带天线、圆极化微带天线。
。
６．共形天线阵分为：圆柱形天线阵、球面附近的圆形天
线阵和球形天线阵、锥体表面附近的直线、圆形和二维天线
阵。
（四）各类天线工作原理及特点
１．振子天线
振子天线属于线天线范畴。对称振子天线是一种应用广
泛且结构简单的基本线天线，本文以对称振子为例，介绍其
工作原理。对称振子天线是由两根粗细和长度都相同的导线
天线资料。最近的一次会议是在１９７５年４月在Ｃｒｙｓｔａｌ Ｃｉｔｙ， Ｖｉｒｇｉｎｉａ的一个共形天线的车间里召开的。
早期共形天线应用在一些载体的表面上，如导弹蒙皮、 ＲＰＶ或飞机、火炮弹头或载入运载工具上。第一个共形阵天线 是使用在圆柱形薄圆筒上的典型的一对卷筒印制电路缝。为 了给出适当的圆弧曲线，使用了两个或更多的缝（Ｓｃｈａｕｂｅｒｔ 等，１９７９）。第二个共形阵天线是放在飞机侧面或腹部的典型 小阵，用于有限扫描。机身的曲率在镇的设计和性能中是一 个次要因素（Ｍａｉｌｌｏｕｘ，１９７７）。第三个是共形天线应用在飞 机上，但是机体的曲率起着完全进入角色的作用，大的方位 扫描，常常是３６０。。
斜向开槽）、螺旋天线。 ２．椭圆柱体共形阵列天线分为：振子天线（横向单元电
振子、纵向单元电振子）、隙缝天线（横向单元开槽天线、纵
向单元开槽天线、径向单元磁阵子）。
３．圆锥体状共形阵列天线分为：振子天线、隙缝天线（四
周缝隙、纵缝隙、横缝隙）。
４．球体状共形阵列天线分为：球体上的电振子天线；隙
缝天线。
５．微带天线分为：矩形微带天线、圆形微带天线、圆环
结合ＭｏＭ等数值方法并考虑线径的影响。该天线为一个全向
天线，适合在全向性的通信系统中使用。对于类似的全波振
子或鞭天线，都有着相像的方向图，故而在不要求方向性的
通信车或坦克中应用较多。
图１对称振子的辐射
２．隙缝天线 隙缝天线自第二世界大战以后又很大的发展。他广泛用 于地面、舰载、机载、气象、信标和导弹雷达等领域。随着 共形天线的理论和实践的发展，隙缝天线的使用将占有更重 要的地位。波导缝隙（天线）阵是一种典型的缝隙天线，它 实际上就是在无限大理想导电平面上开一个长方形缝隙，再 由外加激励，从而向自由空间辐射。由广义Ｂａｂｉｎｅｔ原理分 析，可得其和对称振子的方向图形状一致，但Ｅ一面和Ｈ一面对 换。对波导缝隙天线本来也可用口径场法分析，但是由上面 分析看到，用Ｂａｂｉｎｅｔ原理处理它更方便。波导缝隙天线就 是在传输的矩形波导壁上开出半波谐振缝隙，一般选择在最
（一）共形天线发展简史 早在１９６０年底海军航空司令部就预见到需要发展阵列天 线，该天线能嵌装在飞机或导弹的蒙皮上，于是就开始了共 形阵天线问题的研究。共形阵天线不仅能排除通常的整流罩 及其结构问题，而且机械控制／转台也由快速无惯性的电扫描 代替。在这个时候，平面相控阵互阻抗的影响，例如‘盲点’ 问题开了深入研究。认为共形阵天线的研究发展能够从平面 阵获得好处，但是共形阵天线独特存在的曲面问题必须解决， 正如所希望的，平面阵中的令人满意的互耦知识在具备所需 要的计算工具后早在１９７０年就研读过，该知识包含了宽角扫 描和宽带的补偿技术。以后的平面阵工作集中在元器件上和 馈电技术上。 同时，一些研讨会促进了关于共形阵这方面工作的技术 交流。首先是１９７０年１月在ＮＥＬＣ（现在的ＮＯＳＣ），Ｓａｎ Ｄｉｅｇｏ 召开的共形阵天线会议，一个密切相关的相控阵天线会议 （１９７２）由ＡＢＭＤＡ １９７０年在ＰＩＢ，Ｆａｒｍｉｎｇｄａｌｅ，纽约召开； 它包括共形阵方面的一个会议。其他的会议，如阵天线会议， １９７２年２月在ＮＥＬＣ再次召开，在这个会议上有较多的共形阵
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 隙缝，此隙缝将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。随着隙缝切割在波导壁上的 位置不同，形成不同的隙缝形式。波导可以切割在波导的宽 边，也可以切割在波导的窄边。经常使用的隙缝天线形式如 图２所示。
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图４获得宽波束的共形微带天线
５．共形天线阵 共形天线阵要求高增益、低旁瓣、赋形波束及扫描时应 用，它的结构和形式是多种多样的。既可组成直线阵，又可 组成平面阵，还可以制成立体阵，阵中的各个单元可以可以 同相馈点也可不同相馈点，各单元的间距可以是相等的也可 以是不等的。它与相控阵是目前广泛应用的一类天线形式。 这类天线阵的远区辐射场方向图不能利用平面阵中的方向性 乘积原理，这是由于：（１）在一般曲面阵中由于天线元所在 的位置不同，其方向图不同。加之考虑元间的互耦影响也会 时阵中各元的单位元方向图不同。（２）即使各元中单位方向 图的形状完全相同，但由于在共形阵中各单位元的轴向方向 不一致，这就破坏了方向性乘积原理成立的条件。因此，共 形阵的方向图不能表示成一个显式，而必须由数值计算方法 确定。
天线的性能、结构、应用等诸多方面成为当今研究领域的热点问题。文章主要对共形天线的发展、分类和辐射原理进行了综述。