|
微带天线的馈电网络一般分为并馈和串馈两种形式。并馈网络一般是由多级简单型的一分二功分器组成，传输线比较长，在毫米波段，微带传输线的传输损耗比较大，而且功分网络的切角，拐弯等不规则的点比较多，这些不规则点都会产生一定量的辐射，干涉天线的方向图，使得天线副瓣升高。而串馈网络，传输线比较短，不规则点少，更容易减少传输损耗和降低馈线辐射对天线方向图的影响。串馈天线一般分两种，第一种是在天线单元阻抗上进行变换[1]，以得到低副瓣方向图需要的电流分布，第二种是在传输线上进行变换[2]，以得到低副瓣方向图需要的电流分布。第一种方法，单元数量多时，阻抗变换线太细，不能保证加工精度。第二种方法，微带线比较粗一点，加工容易，精度易保证。
2 新型微带天线的设计
由于需要实现低副瓣，本天线采用串馈天线的第二种设计方法。文献[2]中作者提出了一种角馈微带驻波阵天线设计方法，它是按理想无耗条件计算功分器各级支路尺寸；不同特性阻抗的微带线介质波长是不同的，由此带来功分器各支路电流相位误差，电流幅度误差等因素影响下，在仿真设计时天线副瓣一般达不到设计要求，需要不断调试。由于这种方法得不到电流幅度和相位分布的具体数据，这就需要大量的仿真调试，耗费大量时间，造成了资源浪费。为此本文提出了一种新型微带驻波功分器与微带侧馈天线单元相结合的天线阵列设计方法。本方法的优点是：微带功分器和天线单元可以分开设计，得到了功分器电流幅度和相位分布具体数据，简化了设计方案，降低了仿真时的调试难度，减少了设计时间，功分器输出电流幅度、相位实现了更为准确的控制，顺利实现了天线低副瓣设计要求。根据天线所需电流幅度分布，依据文献[2]计算公式可以方便的计算出所需功分器初始尺寸数据，在仿真设计中修正后得到天线的实际尺寸。
2.1 单元设计
用hfss仿真设计微带侧馈单元。微带天线通过馈电方向的两个边缘进行辐射，单元阻抗由中到边缘逐渐变大。通过开槽，把馈线伸入天线内部，得到需要的阻抗和良好的匹配。图1为微带辐射单元结构图。
图1 微带辐射单元
2.2 功分器设计
功分器的设计原理是：两个相邻功分支路间由两级四分之一介质波长阻抗变换段(特性阻抗值第一节为ZC1，第二节为ZC2)和一段二分之一介质波长主传输线(特性阻抗值为ZC)组成。调节这两段四分之一变换段的特性阻抗值ZC1与ZC2之比，就可以调节两个功分支路输出口的电流值之比，依次类推，很方便得到天线低副瓣需要的电流分布。如图2所示为：一个微带驻波功分器基本结构。如图3所示为：一个8支路微带驻波功分器。
图2 基本结构
图3 8支路驻波功分器
这种功分网络是一种串并联网络。图2所示第一节变换段及其以后所有部分与功分支路1的关系是并联电路；从第一节变换段到功分支路2之间这部分电路与功分支路2关系是串联电路。具体计算公式参考文献[2]。
依据上述设计方法，设计了一个16×6毫米波段微带天线，天线结构如图4所示。
图4 天线结构
3 测试结果
3.1 驻波系数
该16×6微带天线驻波实测结果偏高频，经调试得到了满意结果，实测结果如图5所示。分析原因如下：介质介电常数误差，加工精度误差，由于工作频率高，虽然误差不大，但天线驻波产生了向高频偏移。
图5 天线驻波测试结果
3.2 中心频点方向图
该16×6微带天线中心频点E面和H面天线实测方向图，结果如图6所示，天线副瓣都在-20dB以下，达到了设计要求。篇幅限制，别的频点方向图就不一一附图。在设计要求频率范围，16×6微带天线方向图都满足了设计要求，达到了-20dB以下。
图6 中心频点方向图测试结果
4 结论
本天线很好的满足了设计要求，实现了低副瓣，设计仿真调试难度小，可以在微带低副瓣天线项目中得到应用。
| 
提升卡
变色卡
千斤顶
