一種異性化設(shè)計(jì)的Vivaldi輻射陣列結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微波天線技術(shù)，涉及對輻射器陣列的改進(jìn)設(shè)計(jì)
【背景技術(shù)】
[0002]Vivaldi天線陣列單元與單元之間存在較強(qiáng)的稱合,對于天線陣列的設(shè)計(jì)和分析非常復(fù)雜。對于設(shè)計(jì)者而言，逐個單元的陣列設(shè)計(jì)方法由于計(jì)算量的限制僅局限于小規(guī)模陣列設(shè)計(jì)，在電大天線陣列設(shè)計(jì)通常要么忽視單元間的互耦影響，要么將天線陣列近似為無限陣列。當(dāng)陣列尺寸比較大時，將其近似為無限陣列進(jìn)行天線設(shè)計(jì)的方法非常有效，考慮了陣列單元間的互耦作用，能較好的逼近真實(shí)陣列的特性。
[0003]相較而言，目前常用的考慮互耦效應(yīng)的無限大陣列設(shè)計(jì)方法可以快速有效地設(shè)計(jì)大規(guī)模陣列的中心單元和近似其電磁性能，缺點(diǎn)是不考慮實(shí)際設(shè)計(jì)中涉及的邊緣效應(yīng)影響，陣中輻射單元、邊緣輻射單元與其他輻射單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一致，導(dǎo)致非電大尺寸陣列中的邊緣單元及次邊緣單元有源反射系數(shù)嚴(yán)重惡化，陣列副瓣電平抬高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了一種異性化設(shè)計(jì)的Vivaldi輻射陣列結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括由陣列邊緣到中心位置的邊緣單元、次邊緣單元、陣中單元，邊緣單元、次邊緣單元和陣中單元分別采用不同的輻射結(jié)構(gòu)。
[0005]進(jìn)一步的，次邊緣單元的確定方法:
[0006]根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)采用無限陣近似方法設(shè)計(jì)的輻射器陣列結(jié)構(gòu)；
[0007]對輻射器陣列結(jié)構(gòu)采用進(jìn)行仿真；
[0008]提取輻射器陣列結(jié)構(gòu)各單元仿真得到的有源反射系數(shù)；
[0009]根據(jù)有源反射系數(shù)的結(jié)果，如果結(jié)果超出設(shè)計(jì)指標(biāo)，該單元為次邊緣單元或邊緣單元；
[0010]根據(jù)位置排除邊緣單元，得到次邊緣單元。
[0011]考慮實(shí)際設(shè)計(jì)中涉及的邊緣效應(yīng)影響，陣中輻射單元、邊緣輻射單元與其他輻射單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行區(qū)分，使得非電大尺寸陣列中的邊緣單元及次邊緣單元有源反射系數(shù)得至IJ優(yōu)化，降低陣列副瓣電平。
[0012]進(jìn)一步的，邊緣單元、次邊緣單元和陣中單元采用不同的輻射結(jié)構(gòu)具體為采用不同的輻射開槽結(jié)構(gòu)。根據(jù)陣列環(huán)境中不同輻射單元物理位置有針對性設(shè)計(jì)的邊緣單元輻射開槽結(jié)構(gòu)、次邊緣單元輻射開槽結(jié)構(gòu)、陣中單元輻射開槽結(jié)構(gòu)。
[0013]異性化設(shè)計(jì)的Vivaldi輻射器陣列結(jié)構(gòu)包括若干異性化設(shè)計(jì)的輻射開槽結(jié)構(gòu)、若干相同的饋電結(jié)構(gòu)、若干相同的耦合結(jié)構(gòu)與匹配結(jié)構(gòu)共同組成，電磁波能量由饋電結(jié)構(gòu)傳播，經(jīng)耦合結(jié)構(gòu)耦合至逐漸變寬的輻射開槽結(jié)構(gòu)底端，大部分直接通過逐漸變寬的開槽結(jié)構(gòu)輻射到自由空間，另一部分傳播至匹配結(jié)構(gòu)后反射，最終也通過槽線結(jié)構(gòu)將電磁波輻射出去。
[0014]由于采用無限陣近似與邊緣效應(yīng)相結(jié)合的有限大陣列設(shè)計(jì)技術(shù)，既考慮了單元與單元間復(fù)雜的互耦效應(yīng)，又考慮了陣列的邊緣效應(yīng)影響，根據(jù)輻射單元在陣列中所處的物理位置不同，有針對性地對輻射陣列進(jìn)行異性化設(shè)計(jì)，從而對陣列天線非中心單元進(jìn)行有效的互耦補(bǔ)償，因此可以較大程度上改善忽略邊緣效應(yīng)的無限陣近似方法設(shè)計(jì)的天線陣列輻射性能。
【附圖說明】
[0015]圖1是無限陣近似方法設(shè)計(jì)的輻射器陣列結(jié)構(gòu)；
[0016]圖2是異性化設(shè)計(jì)的輻射器陣列結(jié)構(gòu)；
[0017]圖3是異性化設(shè)計(jì)的輻射器陣列結(jié)構(gòu)局部放大圖；
[0018]圖4是異性化設(shè)計(jì)的輻射器陣列結(jié)構(gòu)仿真結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0019]一種異性化設(shè)計(jì)的Vivaldi輻射器陣列結(jié)構(gòu)，包括由陣列邊緣到中心位置的邊緣單元、次邊緣單元、陣中單元，邊緣單元A、次邊緣單元B和陣中單元C分別采用不同的福射結(jié)構(gòu)。
[0020]邊緣單元A設(shè)置邊緣單元輻射開槽結(jié)構(gòu)I。次邊緣單元B設(shè)置次邊緣單元輻射開槽結(jié)構(gòu)5。陣中單元C設(shè)置陣中單元輻射開槽結(jié)構(gòu)6。為保證各輻射單元相位一致性采用若干相同的饋電結(jié)構(gòu)3、若干相同的耦合結(jié)構(gòu)2與匹配結(jié)構(gòu)4，電磁波能量由饋電結(jié)構(gòu)3傳播，經(jīng)耦合結(jié)構(gòu)2耦合至逐漸變寬的輻射開槽結(jié)構(gòu)I底端，大部分分別通過逐漸變寬的邊緣單元輻射開槽結(jié)構(gòu)1、次邊緣單元輻射開槽結(jié)構(gòu)5、陣中單元輻射開槽結(jié)構(gòu)6輻射到自由空間，另一部分傳播至匹配結(jié)構(gòu)4后反射，最終也通過輻射開槽結(jié)構(gòu)將電磁波輻射出去。
[0021 ] 本發(fā)明的工作原理是:電磁能量沿著饋電結(jié)構(gòu)3傳輸?shù)今詈辖Y(jié)構(gòu)2中，通過耦合結(jié)構(gòu)2上形成的電位差而產(chǎn)生電場，大部分電磁能量通過耦合結(jié)構(gòu)2沿著輻射開槽結(jié)構(gòu)1、5、6輻射到空間中，一小部分能量通過耦合結(jié)構(gòu)2耦合到匹配結(jié)構(gòu)3中，再通過匹配結(jié)構(gòu)3的反射，再次通過耦合結(jié)構(gòu)2沿著輻射開槽結(jié)構(gòu)1、5、6輻射到空間中。由于從相鄰輻射開槽結(jié)構(gòu)1、5、6輻射出來的電磁能量在空間中存在耦合，并且由于輻射單元的物理位置不同以及邊緣效應(yīng)的影響，中心單元與邊緣單元耦合能量的大小也互不相同。因此，通過輻射開槽結(jié)構(gòu)1、5、6的異性化設(shè)計(jì)，有針對性地改變輻射單元口徑上的電流分布，可以優(yōu)化輻射單元與相鄰單元的耦合能量，進(jìn)行考慮邊緣相應(yīng)的互耦補(bǔ)償，極大提高陣列結(jié)構(gòu)的輻射性能。
[0022]具體實(shí)施例
[0023]圖2時本發(fā)明的一個實(shí)施例，陣列結(jié)構(gòu)由42個輻射單元組成，工作在X波段，其中包括兩個邊緣輻射單元A，四個次邊緣輻射單元B和36個陣中輻射單元C。42個輻射單元均包括相同的饋電結(jié)構(gòu)3、耦合結(jié)構(gòu)2與匹配結(jié)構(gòu)4，而根據(jù)每個單元物理位置的不同對42個輻射單元的輻射開槽結(jié)構(gòu)進(jìn)行了異性化設(shè)計(jì)。其中兩個邊緣輻射單元A包含輻射開槽結(jié)構(gòu)5，四個次邊緣輻射單元B包含輻射開槽結(jié)構(gòu)2，36個陣中輻射單元C包含輻射開槽結(jié)構(gòu)
6。異性化設(shè)計(jì)前后，輻射單元間距d均為8.28mm，高度h均為10mm，輻射開槽結(jié)構(gòu)1、5、6在福射器頂端的最大開口 a, b, c分別為8mm, 4.36mm以及0.72mm。
[0024]通過異性化設(shè)計(jì)，可以使圖1中的初始結(jié)構(gòu)副瓣電平由_23dB改善3dB以上，提升了陣列的輻射性能。圖4給出異性化設(shè)計(jì)的輻射器陣列結(jié)構(gòu)仿真結(jié)果。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種異性化設(shè)計(jì)的Vivaldi輻射陣列結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括由陣列邊緣到中心位置的邊緣單元、次邊緣單元、陣中單元，邊緣單元、次邊緣單元和陣中單元分別采用不同的輻射結(jié)構(gòu)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異性化設(shè)計(jì)的Vivaldi輻射陣列結(jié)構(gòu)，其特征在于，次邊緣單元的確定方法: 根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)采用無限陣近似方法設(shè)計(jì)的輻射器陣列結(jié)構(gòu)； 對輻射器陣列結(jié)構(gòu)采用進(jìn)行仿真； 提取輻射器陣列結(jié)構(gòu)各單元仿真得到的有源反射系數(shù)； 根據(jù)有源反射系數(shù)的結(jié)果，如果結(jié)果超出設(shè)計(jì)指標(biāo)，該單元為次邊緣單元或邊緣單元; 根據(jù)位置排除邊緣單元，得到次邊緣單元。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異性化設(shè)計(jì)的Vivaldi輻射陣列結(jié)構(gòu)，其特征在于，邊緣單元、次邊緣單元和陣中單元采用不同的輻射結(jié)構(gòu)具體為采用不同的輻射開槽結(jié)構(gòu)。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種異性化設(shè)計(jì)的Vivaldi輻射陣列結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括由陣列邊緣到中心位置的邊緣單元、次邊緣單元、陣中單元，邊緣單元、次邊緣單元和陣中單元分別采用不同的輻射結(jié)構(gòu)。
【IPC分類】H01Q21/00, H01Q1/36
【公開號】CN105680155
【申請?zhí)枴?br>【發(fā)明人】沈靜, 尤立志, 劉云
【申請人】中國航空工業(yè)集團(tuán)公司雷華電子技術(shù)研究所
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2014年11月20日