P波段瞬态极化雷达收发天线阵列规划

1 导言

瞬态极化新体系雷达关于进步雷达体系在杂乱战场环境中的勘探功用和感知才能以及在抗干扰、反隐身、反低空突防等方面具有极其重要的军事价值。其主要功用是勘探雷达方针的极化散射特性，一起测得方针的极化散射矩阵的4个参数，避免了传统的分时极化丈量体系固有的丈量精度差、补偿校准杂乱的缺点，因而为精确丈量运动方针的极化散射矩阵供给了技能确保。

2 收发天线阵列概述

从体系功用的要求动身，天线阵列有必要是两套独立的线极化天线阵，向外辐射信号和接纳方针回波信号的时分有必要确保满意的增益和杰出的方向功用，一起具有杰出的收发隔离度和极化隔离度，天线增益希望值为15dB，方向图3dB宽度要求不超越25度。为减小地上反射及环境杂波影响，体系要求天线具有较低的副瓣。

3 收发天线阵列规划

3.1 天线单元规划

本文采纳八木天线组阵来完成工程规划要求。并用配有U型平衡改换器的折合振子做馈电振子，其结构如图1所示。

图1 七元八木天线结构

3.2 天线阵列规划

天线阵的辐射是干与现象的特例，辐射特性取决于阵元的类型、数目、摆放方法以及各阵元的馈电等要素。别的，在天线阵中，由于各阵元相距较近，阵中恣意两元之间都有较强的场的相互作用即为互耦，互耦会使辐射场和方向图发生改变。

3.2.1 相邻阵元的互耦剖析

由于天线结构的杂乱性，互耦的核算也会十分费事，但运用HFSS核算剖析相邻单元的互耦会比较便利。图2显现了相邻天线单元共线摆放和平行摆放的互耦剖析成果。

图2 相邻天线单元的互耦剖析

成果显现，跟着距离的添加，耦合依照减小，但不是滑润地减小；阵元的电场平行取向耦合比共线时强。当共线距离≥5cm、平行距离≥20cm时，S₂₁≤-15dB，因而在组阵时只需选取距离大于上述所给数值时，耦合对方向图的影响是能够疏忽的。

3.2.2 天线阵列要害参数的挑选

若疏忽单元之间的互耦，天线阵的场等于各单元辐射场的矢量叠加。为了得到强方向性，有必要使各单元的辐射场在希望的方向相长干与，而在其他方向相消干与。经过操控天线的几许形状、单元距离、单元的鼓励起伏和相位和单元方向图等要素，能够构成天线阵的总方向图。

（1）阵元数目的挑选

图3给出了在中心频率为445MHz时不同阵元数目按必定距离摆放时HFSS仿真得到的H面和E面方向图。能够看到跟着阵元数目的添加，阵列增益逐步增大，并且只需满意某种摆放时，5元阵和6元阵均能得到既满意增益要求又合适主瓣宽度要求的方向图，且副瓣均限制在-15dB以下。

图3 不同阵元数目仿真的方向图

（2）阵元距离的挑选

为了便于实践工程的需求，结合上文对阵元数目的剖析，选取6元阵列中的阵元距离作为研讨目标，并假设为均匀馈电，选用HFSS作仿真剖析。图4给出了平行距离坚持40cm不变的情况下，共线距离别离为60cm、70cm、80cm时的H面和E面方向图；图5给出了在共线距离坚持70cm不变的情况下，平行距离别离为30cm、40cm、50cm时的H面和E面方向图。

图4 不同共线距离时的方向图仿真成果

图5 不同平行距离时的方向图仿真成果

表1列出了在不同共线距离下H面方向图的波束宽度和榜首副瓣电平；表2列出了在不同平行距离下E面方向图的波束宽度和榜首副瓣电平。

表1 共线距离对H面方向图的影响

表2 平行距离对E面方向图的影响

能够看出：当平行距离固守时，共线距离对E面方向图影响不明显，但明显影响H面的方向图；当共线距固守时，平行距离对H面方向图影响不明显，但明显影响E面的方向图。阵元距离过小，则会导致3dB宽度增大，而距离过大则又会导致副瓣的升高，并且可能会呈现栅瓣。这是由于，均匀馈电时，共线(平行)平面的半功率主瓣宽度只与天线行(列)的电长度有关，电长度越长，半功率主瓣宽度越窄。阵列天线的两个主平面上的方向性是相互独立的，能够别离操控，根据这一点，可内行方向和列方向选用不同的摆放来满意对两个主平面方向性的不同要求。根据方向图的成果剖析，选取了共线距离d1=70cm，平行距离d2=40cm的3×2阵列作为实践阵列的规划根据。

（3）阵元馈电起伏加权的挑选

图6显现了均匀散布与泰勒散布的方向图的H面和E面的比照，比较均匀散布，泰勒散布的方向图增益有1.8dB的下降，H面的主瓣宽度添加1.8度，榜首副瓣电平下降3.92dB；E面的主瓣宽度添加10.36度，但榜首副瓣消失。泰勒散布完成了压低副瓣的作用，可是这样添加了功分器规划的杂乱度。上文中阵列方向图的剖析可知并不需求对输入各天线单元电流选用泰勒散布加权处理，当各单元运用等幅同相电流鼓励时即可满意本文天线阵列的目标要求。

图6 均匀散布和泰勒散布的方向图比照

3.2.3 功分器规划

各单元运用等幅同相鼓励时需求规划六等分的功分器，运用阻抗匹配理论，规划了如图7所示的功分器，输入端口的阻抗为，而各输出端口的阻抗为，因而需求长度均为的阻抗线改换进行匹配，其间为导波波长。

图7 功分器什物及其功用测验成果

实测成果表明：该功分器的驻波在420MHz～470MHz内小于1.3，各端口输出起伏与理论值根本契合，契合运用要求。

4 天线阵列功用实测成果

图8给出了收发天线阵列什物图。图9是天线阵列驻波测验成果，图10是天线阵列的H面方向图测验成果。

图8 收发天线阵列以及运动渠道什物

图9 天线阵列驻波实测成果

在420MHz～470MHz的频带内天线阵驻波小于2。满意规划要求。

图10 天线阵列H面方向图实测成果

组阵之后的方向图主波束较窄，频率在420MHz时，3dB宽度为24.19º，榜首副瓣电平小于-15dB，背瓣小于-20dB；频率为445MHz时，3dB宽度持续变窄为22.98º，榜首副瓣电平略有升高但小于-15dB，背瓣小于-20dB，频率在470MHz时，3dB宽度为22.08º，榜首副瓣电平升高，不超越-15dB，背瓣上升但小于-20dB,天线在带内的方图一致性较好，已满意规划目标要求。

5 定论

本文选用八木天线作为天线阵单元，运用电磁仿真软件对收发天线阵列参数的挑选进行了仿真剖析，对各天线单元的鼓励功率施行特定的加权完成了窄波束、低副瓣天线阵列。什物测验的成果与仿真成果也取得了较好的一致性。