相位補償?shù)姆桨冈O計

在柱面共形陣的設計中，文獻[4]給出了一種相位補償?shù)脑O計方法，其耦合波導采用行波陣，利用縫在寬波導內的上下偏置引起π相移，偏置的大小以及縫的傾角同時控制相移和幅度。在設計時必須適當選取輻射縫所處位置到假想平口面的相位與耦合波導中每個輻射波導的相位，使其剩余相位差較小的情況下，用斜縫的位置來補償這一相位差，設計比較復雜繁瑣，并且仿真驗證時發(fā)現(xiàn)，這種補償方式對輻射波導的兩端口所引起的相位并不一致。

該耦合波導采用寬邊開斜縫駐波陣，斜縫夾角相等，滿足Q面等幅分布，相鄰夾角正負反相，間距

，滿足同相分布，中間饋電給輻射波導。輻射波導上開縱向縫隙，采用駐波陣，通過縱向縫隙離耦合隙縫的距離來控制所需相位，P面幅度分布通過在輻射波導靠近隙縫的地方加感性膜片來實現(xiàn)。

通過控制輻射隙縫到耦合隙縫的距離，就可以達到控制輻射隙縫的相位，所需相位與距離之間的關系滿足(7)式。d為所需間距，所需相位與輻射波導中波導波長的關系式為

，為了驗證理論的正確性，通過建如圖7所示模型進行仿真，每個輻射隙縫相對耦合隙縫的間距為

，n取±1，±2，±3，對d進行參數(shù)化掃描，在饋電縫左右各取一個縫看近場相位，即可看出d與相位的關系，考慮一般性均取中間縫。仿真結果見圖8所示。

圖7 建模

圖8 相位與間距之間的關系

仿真結果與理論計算結果一致，進而驗證了這種饋相方案的正確性。

3 大陣仿真

A. CST微波工作室®的特點

本柱面裂縫陣的天線口徑達到

，加之其具有共形結構，且柱面縫隙、感性膜片等部分非常精細，這使得對其進行全波仿真分析變得非常復雜。

3D電磁場仿真軟件CST微波工作室®采用有限積分算法，此算法能快速處理時域寬帶和電大尺寸問題。有限積分算法中使用了理想邊界擬合®(PBA)技術后，與經(jīng)典的FDTD算法只限于階梯網(wǎng)格近似(Staircase Mesh)相比，CST微波工作室®不僅保持了結構化直角坐標系網(wǎng)格的所有優(yōu)點，并且可以對曲線結構進行精確建模，實現(xiàn)了精度與速度的雙重保證。CST微波工作室®擁有業(yè)內最佳的三維建模界面，可以迅速準確的建立和修改三維幾何模型，其時域求解器可在一次激勵仿真下就完成全頻段參數(shù)特性的計算，因此非常適合本問題的建模與仿真。[!--empirenews.page--]

B. 建模

利用模型的對稱性，建模時只需建立一半結構，即可利用對稱性完成仿真任務。

該模型由12根輻射波導和兩根饋電波導組成。輻射波導之間都有扼流槽，每根輻射波導上都有68個左右的輻射縫隙。天線陣被分成I、II兩個子陣，兩個饋電波導分別位于兩個子陣中。每根饋電波導上都有對應于輻射波導的12個饋電縫隙，金屬膜片與饋電縫隙相對應。

輻射縫隙不僅數(shù)量多，而且每一根輻射波導上的縫隙并不相同，無法直接使用對稱性建模。如果單獨建模每一個縫隙，無疑工作量是巨大的。這里采用一種基于CST VBA宏命令的半自動建模方法來簡化這一繁瑣的過程。

最后仿真用模型如圖9所示，I子陣的饋電波導端口設置為端口1，II子陣饋電波導端口設置為端口2。端口1和端口2的幅度比為0.637：1。

C. 仿真結果

使用CST微波工作室的時域求解器，整個裂縫陣天線仿真的總網(wǎng)格數(shù)達到142,156,080，精細分辨了裂縫陣和饋電波導金屬膜片等微小結構。圖10、圖11分別給出了中心頻率f0下，天線P面與Q面方向圖。

圖9 波導端口設置

圖10 P面增益方向圖

圖11 Q面增益方向圖

可以看出，天線增益達到了38.4dB，P面副瓣電平：-22.1dB，波束寬度為0.6°;Q面副瓣電平-13.3dB，波束寬度為5.6°。仿真結果和理論設計取得了較好的一致。

4 結論

該天線采用了一種新的相位控制的技術，補償了由于柱面縫隙陣射線路程長度不等所引起的相位差，實現(xiàn)了Q面共形設計，通過CST商業(yè)仿真軟件仿真驗證了方案的正確性，為共形陣列天線的設計又提供了一種新的方案選擇。仿真結果表明，天線達到了所需的指標要求，其主要技術指標有：P面半功率波束寬度：0.6°，P面副瓣電平：-22dB，Q面半功率波束寬度：5°～6°，Q面副瓣電平：-12dB左右，增益大于37.7dB，與理論設計非常吻合。