一种超宽带阵列天线设计方法与流程

本发明涉及微波天线技术领域，特别涉及一种超宽带阵列天线设计方法。

背景技术：

新一代雷达系统逐步呈现出向多功能综合射频系统方向发展的趋势，该系统要求一套天线系统能够完成雷达、通信、导航、电子反对抗等多项功能，这就要求雷达天线具有宽频带工作、大空域覆盖、宽角度扫描等特点。超宽带宽角扫描阵列天线的研制对提高现代雷达的性能具有非常重要的意义。

由于阵元间互耦效应的影响，相控阵天线，特别是宽带相控阵天线的设计长期以来都是阵列天线研究领域最为突出的难点。互耦效应不仅会影响阵元的阻抗带宽、极化特性，还会影响阵列天线的辐射特性。传统宽带相控阵天线设计方法首先要求设计出满足宽频带要求的孤立天线单元，再将该宽带阵列天线单元进行组阵，并通过补偿或减弱阵元间互耦效应等技术措施，使得该阵元在阵列环境中同样具有宽频带特性。

技术实现要素：

为克服上述现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种超宽带阵列天线设计方法，所述天线设有线槽，该设计方法包括以下步骤：

步骤一，通过预先设定的线槽顶端坐标(y1，z1)和线槽底端坐标(y2，z2)得出线槽的一侧槽面的形状，其中y为横坐标，z为纵坐标，通过该槽面的形状得出其对侧槽面的形状，其中线槽两侧槽面相对于线槽中心线对称；通过步骤一得出槽面的曲线形状；

步骤二，通过下面公式(1)算出第一常数c1和第二常数c2，

y＝c₁e^Rz+c₂

公式(1)中y为横坐标，z为纵坐标，R为指数因子；通过步骤二得出槽面曲线的具体参数；

步骤三，通过软件对天线进行建模，调节线槽槽面模型的参数，并建立天线阵列，所述模型参数包括线槽顶端宽度、线槽底端宽度、线槽高度和天线高度；通过步骤三得出天线具体形状参数。

优选的，所述阵列天线为维瓦尔迪天线。

优选的，所述天线侧壁之间贴合接触。

本发明提供了一种超宽带阵列天线设计方法，该方法设计出来的阵列天线能够在2-18GHz超宽频带范围内工作，具有尺寸较小、容易加工、有稳定相位中心等优点，可以应用于超宽频带相控阵雷达天线阵列设计。

附图说明

图1是超宽带阵列天线的结构示意图；

图2是超宽带阵列天线的驻波仿真曲线。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，均仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

下面通过具体的实施例对本发明作进一步详细的描述。

具体实施例：

步骤一，选择维瓦尔迪(Vivaldi)天线作为阵列天线，通过预先设定的线槽顶端坐标(y1，z1)和线槽底端坐标(y2，z2)得出线槽的一侧槽面的形状，其中y为横坐标，z为纵坐标，通过该槽面的形状得出其对侧槽面的形状，其中线槽两侧槽面相对于线槽中心线对称；

步骤二，通过下面公式(1)算出第一常数c1和第二常数c2，

y＝c₁e^Rz+c₂

公式(1)中y为横坐标，z为纵坐标，R为指数因子；

步骤三，通过软件对天线进行建模，调节线槽槽面模型的参数，并建立天线阵列，阵列方式为矩形阵列，所述模型参数包括线槽顶端宽度、线槽底端宽度、线槽高度和天线高度，并且所述天线侧壁之间贴合接触。

如图1所示，线槽顶端坐标中y1＝w2/2，y2＝w/2，其中w2为线槽顶端宽度且设定w2＝6.7mm，w为线槽底端宽度且设定w＝1mm；线槽底端坐标中z1＝H，z2＝H1，其中H为天线高度且设定H＝65mm，H1为线槽底端且设定H1＝10mm。

指数因子R决定槽线宽度与槽线底端距离变化的程度，天线高频端的辐射特性则受槽线最窄处宽度限制，线槽底端下方设有匹配圆，其半径为R1＝1.58mm，天线上还设有带状线馈线，带状线馈线是一种渐变结构，初段的特性阻抗为50Ω，以便与SMA接头匹配。

在整个阵面上添充吸波材料以抑制表面波，吸波材料的介电常数为1.2、磁导率为2.7、介电常数模值为1.562、磁导率模值为2.879，以上参数均是由matlab编程计算得出，并在HFSS仿真软件里进行过仿真验证。

如图2所示，根据上述参数设计出的超宽带阵列天线的频带范围可达到2-18GHz。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。