Ku波段波导缝隙全向天线设计

1、Ku 波段波导缝隙全向天线设计摘 要：本文介绍了一种新颖的Ku波段波导缝隙全向 天线设计，该天线通过在圆波导柱面上开凿一定数量的倾斜 纵向缝隙，组成缝隙阵列。经过优化设计和仿真，天线在方 位面360?范围内，增益起伏小于0.5dB,具有很好的全向特 性，天线增益大于7.5dB，可用于雷达、基站通信等系统中。关键词：圆波导；缝隙阵；全向；天线DOI： 10.16640/ki.37-1222/t.2016.12.191引言 缝隙天线阵元的形式多种多样1-2，这是由于波导场分 布的特点使单个缝隙天线（阵元）的位置比较灵活，甚至只 要附加适当的激励元件，就可使在不同辐射位置上的缝隙也 变成辐射元。通常

2、为了增强缝隙天线的方向性，在圆波导侧壁上按一 定规律开多条尺寸相同的缝隙，即构成圆波导缝隙天线阵。波导缝隙阵列天线具有机械强度好，结构紧凑、辐射效 率高、耐腐蚀、便于加工等一系列优点，因而在雷达、微波 通信以及广播电视系统中广泛使用。对于波导缝隙全向天线，传统的设计方法主要有三种， 第一种是单根矩形波导双面开设辐射缝隙的全向天线1，这 种天线增益可达 10dB 以上，但是水平不圆度较差，在水平 面增益差达 2dB 以上。第二种是由梯形波导缝隙天线组成的 圆环阵2,增益可以达到10dB以上，方位面不圆度小于6.5dB, 这种中心馈电的波导缝隙圆环阵，结构复杂，加工难度较大。 第三种是在圆波导的侧

3、壁上开凿纵向辐射缝隙,通过调谐激 励探针的方法来激励辐射缝隙,从而实现全向天线的性能3 这种全向天线的不圆度较好,但是其增益一般只能做到 5dB 以下,并且结构比较复杂。本文提出了一种新颖的波导缝隙全向天线设计,在圆波 导侧壁上开设一系列的倾斜纵向辐射缝隙,仿真结果显示, 在方位面360?范围内增益起伏小于0.5dB,方位面不圆度较 好，天线增益优于7.5dB，可用于雷达和基站通信系统中。波导缝隙全向天线设计波导缝隙阵列天线可分为谐振阵列天线（驻波阵）和非 谐振阵列天线（行波阵）两种形式。我们这里设计的波导缝 隙全向天线属于波导缝隙谐振阵列天线的范畴,具体来说, 这类天线一般在圆波导的一周均匀

4、加工68个纵向缝隙， 已实现全向性的要求。合理选择圆波导的内径?值,使得相 邻缝隙间间距约为入g/2,每个缝隙的长度约为入/2,其中入 g为波导的工作波长，入为自由空间工作波长，缝宽一般取 23mm，终端设置短路板，短路板距终端缝隙中心约为入 g/2，缝隙的倾角为e，于是天线阵的各缝隙单元被同相激励， 波导处于谐振状态，最大辐射方向与波导表面垂直。这里圆波导的一周按照 6 个倾斜纵向辐射缝隙来设计， 为获得更高的增益，设计了 4 排缝隙阵列，全向波导缝隙阵 列天线结构示意图如图 1 所示。设计结果 对于该全向波导缝隙天线，采用三维电磁仿真软件Ansoft HFSS 进行了全波仿真分析，辐射缝隙

5、的长度为 10mm， 缝隙的倾角为20度，圆波导的内壁直径为22mm,波导的壁 厚为1mm。图2给出了中心频点的立体方向图，可以看出天 线的全向性非常好。图 3 所示为天线的回波损耗仿真曲线，由仿真结果可以 看出，在频段 14.2-15.6GHz 的带宽内，天线的回波损耗小于 -10dB。图4为天线在频带内低、中、高频率点仿真的E面、H 面远场辐射方向图。由图可以看出，在整个频带内，天线在 方位面 360?范围内具有很好的全向性，不圆度小于 0.5dB。结论本文设计了一种 Ku 波段波导缝隙全向天线，该天线在 圆波导上开设倾斜的纵向缝隙，结构简单，易加工，在方位 面360度内起伏小于0.5dB

6、，具有很好的全向特性，可应用 在雷达、通信等系统中。参考文献：.Elliott R.S.Antenna theory and design.EnglewoodCliffsC，NJ： Prentice Hall，1981.Cheng-geng Jan，Powen Hsu. Moment method analysis of sidewall inclined slots in rectangular waveguidesJ.IEEE Trans.On Antennas and Propagation，1991，39(01)：68-73.谢艳萍，郭庆功.C波段波导缝隙全向天线的设计与实 现J.信息与电子工程，2007，2 (05)： 119-122.郑琨，王英民，曲少春.波导缝隙全向天线设计与仿真 J. 2010， 8(27)： 316-324.方正新，张立新