波导裂缝天线单元的制造技术研究

波导裂缝天线单元的制造技术研究

江海东1,2

(1.南京航空航天大学,江苏南京210016;

2.华东电子工程研究所,安徽合肥230031)

摘要:波导的精度和裂缝的加工对天线单元的制造非常关键。从波导整形、裂缝加工等方面重点考虑,阐述了波导裂缝天线单元的制造技术。

关键词:波导裂缝;整形;温度补偿;检测

中图分类号:TN82文献标识码:A文章编号:1001-3474(2008)06-0361-04

A Research on M anufact uring Technology of

t he Slotte d W aveguide Antenna Unit

JI ANG Ha i-dong1,2

(1.N anji n g Universit y of A eronautics and A stronautics,Nanji n g210016,China;

2.East Chi n a R esearch Instit ut e of E lectronic Engineering,Hefe i230031,China)

Abst ract:W avegu i d e prec ision and sl o t pr ocessi n g are very i m portant to the m anufact u ring of the an-tenna uni.t Th is paper describes so m e key m anufact u ring techno log ies of the sl o tted w avegu i d e antenna u-n i,t such as w avegu i d e shap i n g and slot processing.

K ey w ords:S l o tted w avegu i d e;Shap i n g;T e m perat u re co m pensation;Detecti o n

Docu m ent Code:A A rticle ID:1001-3474(2008)06-0361-04

雷达在第二次世界大战中得到迅速发展,为适应战争需要,交战各方研制出从米波到微波的各种雷达装备。天线是雷达不可或缺的重要组成部分,天线的出现要比雷达早约半世纪。根据目前雷达天线形状的不同,主要有反射面天线、平面阵列天线、喇叭天线三种形式。平面阵列天线能实现波束全空域快速扫描,具有多目标检测、跟踪、自适应、天线波束控制灵活等优点。1940年以来,矩形波导裂缝阵列天线已开始出现于地面和机载雷达系统中,由于波导裂缝阵列天线拥有结构紧凑、质量轻、成本低的优势,所以它获得了极为广泛的应用。

波导裂缝阵列天线是指在波导宽壁或窄壁上开有裂缝的天线。根据裂缝形式和位置的不同,常用的波导裂缝阵列天线单元有波导宽边偏置缝、波导宽边倾斜逢、波导窄边倾斜缝3种,如图1所示。

某雷达的平面阵列天线是由波导裂缝天线单元组成的天线阵面,采用窄边倾斜缝结构。该波导裂缝阵列由若干根矩形波导裂缝天线单元组成,如图2所示。整个波导阵列组成一个5m@2m的天线阵面,该天线阵面的均方根误差要求小于0.5mm,为保证天线阵面的平面度,必须控制天线单元安装背架和波导裂缝天线单元等相关制件的精度,波导裂缝天线单元的精度是天线加工中的关键技术

1结构特点分析

单个波导裂缝天线单元的波导选用B J32,其窄边上分布若干数量裂缝,其深度D?0.04mm,宽度B?0.03mm,波导管壁上的裂缝位置S?0.05mm,长度约5m,为保证天线阵面的平面度要求,波导直线度误差要求不大于0.3mm/5m,如图3所示。

其结构特点如下:(1)材料为铝合金;(2)空心

作者简介:江海东(1976-),男,主要从事雷达产品机械工艺设计及工艺总体研究工作。361

第29卷第6期2008年11月

电子工艺技术

E lectron ics P rocess T echno l ogy

薄壁,细长;(3)裂缝数量多,精度要求高。

波导裂缝天线单元的制造难点主要体现在如何控制好加工前的波导管精度和加工后的裂缝位置尺寸精度。因此在制造过程中如何通过相应的工艺措施来保证其制造质量非常关键。

2制造方案的选择

2.1波导管的选材和整形

2.1.1材料选择

波导裂缝天线单元的连接法兰盘需采用焊接成形,天线单元长度较长,波导管采用热挤压成型,所以选择材料时应从材料的焊接性能、材料的强度、塑性及防腐性能等方面进行综合设计。目前挤压波导管可考虑的常用的铝合金材料有如下几种,性能比较见表1。

选材时考虑到强度及防腐性因素,同时结合铝型材厂家的实际生产情况,选用可热处理强化铝合金材料6063,要求提供状态为T5态。

2.1.2整形

20世纪末期我国的铝合金波导管主要依赖进口,国内铝波导管生产厂家较少,开展铝合金波导成型研究晚,制造工艺相对落后,波导管精度达不到使用要求。由于波导管的成型是通过热挤压成型,购买的国产铝合金波导管精度要求往往达不到国内?级波导的精度指标,需要通过特殊的工艺方法采取二次整形措施提高至?级精度后使用。

表1各种铝合金材料性能比较

材料焊接性能材料强度

3003钎焊、熔焊性能均好不可热处理强化,110N/mm2 6061钎焊、熔焊性能较好

可热处理强化,强化前125

N/mm2强化后310N/mm2 6063钎焊、熔焊性能较好

可热处理强化,强化前90

N/mm2强化后240N/mm2材料延伸率D/%防腐性能

300330优

606125好

606322很好

波导管生产厂家在选用国内铝型材厂家挤压的波导管毛坯后仍需要利用拉管机进行二次整形,方能达到使用精度要求。其采取的波导管整形工艺路线为:波导管毛坯y退火处理y增径拉伸y拉拔波导管y二次拉伸y校直y检测y成型波导。

2.2波导的加工

如何保证波导管窄边上数量众多的宽度相同、倾角和深度不等的裂缝的加工精度,决定了波导裂缝天线单元的电性能指标能否达到。按照目前的加工现状,加工方法有线切割加工、普通机床加工、大型数控铣床加工,视结构特点而定。

2.2.1线切割加工

据文献介绍,该方法利用电火花线切割机床改装后辅以特殊夹具,用I SO代码编程,依次切割出裂缝。可以加工出波导裂缝,缺点是加工的波导长度受制于机床行程,长度较短(1500mm),本方案无法采用。

2.2.2普通机床加工

利用普通机床(铣床、镗床)加装转盘式工艺装置,采用转盘和分次移位来完成裂缝的加工。加工效率低而且精度的保证较困难,专用性强,不能适应大批量长波导的裂缝加工,极少采用。

2.2.3大型数控铣床加工

20世纪80年代美国休斯公司摸索出一套将高速铣床切削工艺与严格的质量控制技术相结合,在高速铣床上用小型立铣刀连续加工裂缝波导的方

362电子工艺技术第29卷第6期

法,加工效率提高7.5倍~10.0倍,取得了较理想的加工效果。20世纪90年代,随着相控阵技术的发展和数控机床的发展,裂缝波导已普遍采用数控高速铣技术,进入批量生产阶段。

对于本产品天线单元细长、裂缝数量多的结构特点而言,选用大型数控铣床加工裂缝比较合适。3 关键工艺的实现

波导裂缝天线单元加工主要由大型数控龙门铣床完成,设备使用费昂贵。由于矩形波导管空心薄壁细长结构特点,易产生装夹变形,切削时毛刺翻向内腔不方便去除;裂缝加工后,截面由封闭变开口,内应力释放容易引起弯曲和扭转变形,影响精度。

因此在天线单元的制造过程中,主要从波导的整形、零件的装夹、裂缝的加工、温度补偿、刀具控制及切削参数优化、毛刺的去除、加工精度检测等方面加以重点考虑保证加工精度,降低加工成本。3.1波导的整形

在波导管和连接法兰盘实施组焊后,由于运输、焊接等环节影响,在波导精加工前,需要再次采取精整形。一般短波导采用内腔插芯子在外模和平板上精校。本产品的长波导则需要设计专用工装在大型平板上逐段进行校弯、校扭以达到平面度和扭拧度要求,整形后的波导精度满足设计尺寸要求。波导精整形如图4所示。

图4 波导精整形

3.2 零件的装夹

在零件的装夹方法选择时,考虑到提高零件定位的一致性,减少零件的装夹应力和装夹的方便、快捷。采用大型专用夹具一次装夹进行机械加工,夹具设计时要考虑到零件的定位面及夹紧位置和天线单元装配时的状态尽可能保持一致。3.3 裂缝的加工

天线单元上分布有若干个倾角、深度各不相同的裂缝,零件在大型专用工装上定位装夹后,由于波

导管的直线度误差,全长表面有0.3mm 左右的高

度差,严重影响了裂缝的加工深度。为解决该高度误差,使加工出的各处裂缝深度达到设计图纸要求,目前有3种方法可以实现。

(1)以波导两端口径为基准,切缝时留有一定的深度方向工艺余量,直接加工裂缝,在后面的人工精修工序中利用专用工具进行修整去除余量,达到图纸要求。该方法的人工修整量较大,批量生产效率低。

(2)改进设计大型专用工装,将波导的底部顶牢、顶面贴实,使零件的定位基准面转换和加工基准面一致,此方法主要取决于大型专用工装的可靠性和定位精度。

(3)利用数控机床的测量探头,程序控制自动检测并采集各处裂缝位置对应的波导管表面Z 方向坐标值,作为加工裂缝深度的补偿量写入加工程序中去,按修正过的程序进行加工,该方法自动化程度高,可以适应批量生产。

在天线单元加工方案的实施过程中,我们对上述三种方法均进行了应用。方法一适合于单件多样化生产,方法二取决于工艺装备的精度,方法三适用于目前的自动化批量生产方式。波导裂缝天线单元加工如图5所示。

图5 波导裂缝天线单元加工

3.4 温度补偿

波导裂缝在数控龙门铣上的机械加工是按工步进行的,每批加工时间长,期间的温度变化至少10e 。如与标准计量温度20e 对照,其差值可达20e 以上,由于铝的线膨胀系数为:21.8L m /(m #K ),温度变化对尺寸精度的影响较大。目前国内的大型数控龙门铣均安装在具有吊装设备的大型厂房中,一般不具备恒温条件。因此在工艺设计上将每根裂缝波导在每道工序加工前进行温度实测,用修正数控程序的方法,进行温度修正,并建立零件加工档案以备查。

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2008年11月 江海东:波导裂缝天线单元的制造技术研究

3.5刀具控制及切削参数优化

波导裂缝天线单元的加工主要集中在裂缝上,一般分为粗精加工,根据切削余量分别确定粗精铣刀的直径。多刃的带螺旋角的立铣刀便于排屑,加工精度高、粗糙度低。加工前对装夹在刀夹中的刀具进行动态检测(径向跳动和轴向跳动)以及加工过程中监测刀具的磨损情况非常重要。

在数控加工程序切削参数优化时适当提高切削速度和走刀速度,并在各程序段间插入快速移动。这样可以大大提高加工效率、降低生产成本,对于批量生产加工费用可以降低更多。

3.6毛刺的去除

波导裂缝的毛刺去除时,棱角不能倒钝,因此在裂缝加工时,要求刃口锋利、光滑,以便裂缝内侧棱边的毛刺尽可能小。化学去毛刺方法难以控制腐蚀量,而且设备尺寸较大。采用常规的机械去毛刺方法,波导内侧的毛刺不易去除,必须根据裂缝的宽度设计专用的单面刃方锉刀小心去除。

3.7加工精度检测

在高效自动化生产方式中,在位检测和在线检测至关重要。在位检测,即在铣裂缝过程中特别是粗铣阶段,实时使用千分尺、块规等精密量具检测裂缝宽和裂缝深,检查有无毛刺过大等加工异常情况,一旦发现异常及时停机检查。在线检测,在批量生产时非常重要,是用各种专用量具和三坐标测量机,逐项检测各件裂缝的加工误差,并及时将质量信息反馈给操作者,以便采取更换刀具或其他工艺措施。

在天线单元生产过程中,对裂缝的检测实施在线检测与在位检测结合。首件与三坐标测量数据进行比对,符合要求后,裂缝的位置公差实施机床在线测量,角度和深度使用专用量具测量。

4结束语

影响波导裂缝阵列天线的平面度和电性能指标的因素很多,其中以波导管的精度及裂缝的加工精度影响尤为重要,上述制造技术能够保证天线单元的加工精度。该技术经过波导裂缝阵列天线小样试制及整个天线阵面初样加工、装配、测试各环节的验证,天线阵面的平面度符合要求,电性能指标测试满足使用。

参考文献:

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[J].电子工艺技术,2006,27(4):234-237.

[3]张润逵.雷达结构与工艺(上册)[M].北京:电子工业

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[4]朱春临,汪方宝.平极裂缝天线的精密制造[J].电子

工艺技术,2006,27(1):47-49.

收稿日期:2008-11-03

(上接第360页)备,干扰设备的正常工作。同样,设备的干扰也可以通过电源线传到电网上,对网上其他设备造成干扰。为了防止这两种情况的发生,最后我们在系统的电源入口处加装了电源滤波器,从而从源头上保证了供电系统的电磁兼容性能。经过上述改进UPS系统的电磁干扰也得到了有效的抑制。

由于采取了以上措施,方舱内其它设备对电台的电磁干扰电平明显下降。我们对电台工作频段的高、中、低段都进行了测试,在系统设备全部开机的情况下,电台在最远通信距离上的通信质量得到很大的改善。电磁兼容基本达到的要求,满足部队使用要求,而且采取的措施能方便的在批量生产中贯彻实施。

3结束语

电磁兼容问题是一个复杂的系统工程。它要求参与系统的研制与管理人员用系统的观点与方法去研究、分析与设计,针对不同的电子系统进行具体的分析,总结出针对该系统的最有效最合适的E MC方案。由于电子技术的广泛应用,并且各种干扰设备的辐射很复杂,要真正完全消除电磁干扰是不可能完成的任务。但是通过我们的工作表明,根据电磁兼容性的基本原理来采取措施最大限度地减小电磁干扰,可将其控制在系统可容纳的范围之内,从而保证系统或设备良好的电磁兼容性。

参考文献:

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业出版社,1999.

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收稿日期:2008-10-22

364电子工艺技术第29卷第6期

波导缝隙天线的EBG的应用

波导缝隙天线的EBG 的应用 张运启 栗 曦 杨 林 （西安电子科技大学天线与电磁散射研究所，西安，710071） 摘 要：研究一种新型的EBG 结构在波导缝隙天线中的应用。这种新型的EBG 具有可以有效抑制表面波的特性，提出了在阵面缝隙单元间加载EBG 周期单元结构的方案，抑制波导缝隙天线之间的互耦。通过与传统的波导缝隙天线进行比较得出加载新型EBG 结构的波导缝隙天线在互耦上有很大改善。 关键词:波导缝隙阵列天线；Electromagnetic band-gap(EBG)；互耦 The Waveguide Slot Array Antenna Above EBG Structure Zhang Yun-qi ， Li Xi ，Yang Lin (National Laboratory of Antenna and Microwave Technology,Xidian university,Xi’an shaanxi,710071 ，China) Abstract :The performance of the waveguide slot array antenna above the electromagnetic band-gap(EBG) structure is investigated.The kind of EBG is able to control the surface wave.The project of control the 21S between the waveguide solt antenna by loading the periodic unit of EBG between the units has been lodged.It is found that the 21S improved in the waveguide slot array antenna through comparison. Key words : waveguide solt array antenna; EBG; couple 引 言 波导缝隙天线具有口面场分布容易控制，没有能量漏失、天线口径效率高、性能稳定、结构简单紧凑、强度高、安装方便、抗风力强等优点，而且容易实现窄波束、赋形波束、低副瓣乃至超低副瓣，所以波导缝隙天线已经成为新型雷达中天线的优选形式，被广泛应用于雷达和通讯领域。但这种形式的天线由于有比较大的金属地平面，存在强烈的TM 表面波和空间波耦合，以及地面边缘的多径干扰，这些因素都将影响天线阵列的性能。 电磁带隙结构（EBG ）在电磁传输场和天线领域的应用研究越加广泛和深入，本文着重关注的Mushroom-like EBG 结构，具有有效的表面波抑制带隙和紧致的特征，这在通讯天线和阵列天线的应用中是非常重要的。 本文以此为切入点，将EBG 结构与金属波导缝隙阵列相结合，旨在利用EBG 结构对表面波的抑制特性，改善原天线的性能。 1 电磁带隙结构（EBG）单元 本文根据一种电磁带隙的快速分析方[2] 法进行建模仿真，电磁带隙（EBG ）结构单元如图 1 图1 电磁带隙结构单元 仿真计算上述二端口波导的传输系数21S 的幅度，如图2所示。可以看出在00F F ?+:有带隙。由于该波导由一对理想电壁和理想磁壁组成，是一个TEM 波导，因此不存在截止频率。 图2 电磁带隙结构单元的21S 2 传统的波导缝隙阵列天线 我们建立波导缝隙阵列天线进行仿真，分析

波导缝隙天线的设计和仿真

波导缝隙天线的设计和仿真 波导馈电的缝隙阵天线自第二次世界大战以后有很大发展。它广泛用于各种领域： 1、地面、舰载、机载雷达 2、导航雷达 3、气象雷达 4、雷达信标天线LL ……………………………… 特别最近十几年，随着对雷达抗干扰要求的提高、脉冲多普勒可视雷达的发展，要求天线应具有低副瓣或极低副瓣的性能，使波导缝隙天线成为此项要求的优选形式。同时随着各种计算机辅助技术的发展，如数控机床的使用，天线的整体焊接技术等，为波导缝隙天线的使用创造了基础。 波导缝隙构成的阵列主要有两种形式，即波导宽边开缝和波导窄边开缝，我们本次主要向大家介绍的是波导宽边开缝而构成的波导缝隙天线阵的设计与仿真。 波导宽边纵缝阵列天线不但具有口面效率高、副瓣电平低等优良的电气性能，而且还有厚度小、重量轻、结构紧凑、强度高、安装方便、抗风力强、功率容量大等特点，从而在机载火控雷达、导弹巡航等方面有着其它天线无法替代的优势。下面是几个波导宽边缝隙构成的阵列在实际中的应用实例。

主要讨论的内容： 1.波导缝隙天线的设计基础理论 2.波导缝隙行波线阵天线的设计和仿真 3.波导缝隙驻波线、面阵天线的设计和仿真 4.波导缝隙天线的Ansoft HFSS的实例设计和仿真（一）波导缝隙阵天线设计的基础理论 本章中您主要的目标是： 1.熟悉波导缝隙天线的基本概念。 2.了解波导缝隙的基本等效电路。 3.理解波导缝隙天线的基本电参数和缝隙阵列的构成。 4.知道波导缝隙天线的基本设计过程。

把一根波导放在自由空间，在波导输入端输入信号，波导终端接匹配负载。如果在波导宽边或窄边上切割一个窄的缝隙，此缝隙切断波导壁上的传导电流，在缝隙上将产生电场，且对波导内壁电流产生扰动，并从波导内耦合部分电磁能量向自由空间辐射。随着缝隙切割在波导壁的位置不同，形成不同的缝隙形式。

裂缝波导管通信技术浅析-NB技术

什么是波导？ 波导（WAVEGUIDE），用来定向引导电磁波的结构。在电磁学和通信工程中，波导这个词可以指在它的端点间传递电磁波的任何线性结构。但最初和最常见的意思是指用来传输无线电波的空心金属管。这种波导主要用作微波频率的传输线，在微波炉、雷达、通讯卫星和微波无线电链路设备中用来将微波发送器和接收机与它们的天线连接起来。 常见的波导结构主要有平行双导线、同轴线、平行平板波导、矩形波导、 圆波导、微带线、平板介质光波导和光纤。从引导电磁波的角度看，它们都可分为内部区域和外部区域，电磁波被限制在内部区域传播（要求在波导横截面内满足横向谐振原理）。 1893年J.J.汤姆森第一个提出波导的概念。1894年O.J.洛奇第一个用实 验证明了波导。1897年罗德?瑞利第一个完成了在空心金属圆柱形波导中传播模式的数学分析。(McLachan, 1947.) 通常，波导专指各种形状的空心金属波导管和表面波波导，前者将被传输 的电磁波完全限制在金属管内，又称封闭波导；后者将引导的电磁波约束在波导结构的周围，又称开波导。 介质波导采用固体介质杆而不是空心管。光导纤维是在光频率工作下的介 质波导。微带、共面波导、带状线或同轴电缆等传输线也可以认为是波导。 在波导通信用于实践方面，与之配套的无线设备必须做专门的设计和配套，对于高带宽、高清视频、高可靠性波导管“三高”应用场合，最典型的就是iMAX-8000W系列波导管专用移动通信系统。 波导管的通信原理 波导管用来传送超高频电磁波，通过它脉冲信号可以以极小的损耗被传送到目的地，是一种空心的、内壁十分光洁的金属导管或内敷金属的管子；波导管内径的大小因所传输信号的波长而异；多用于厘米波及毫米波的无线电通讯、雷达、导航等无线电领域。目前常见的有矩形波导管，圆形波导管，半圆形波导管，ku 波导管，雷达波导管和光线波导管。

实验八 波导缝隙阵天线的设计与仿真

实验八波导缝隙阵天线的设计与仿真 一、实验目的 1.设计一个波导缝隙阵天线 2.查看并分析波导缝隙阵天线的 二、实验设备 装有HFSS 13.0软件的笔记本电脑一台 三、实验原理 波导缝隙阵具有口面效率高、副瓣电平低等优良的性能。这里考虑宽边纵向谐振式驻波阵列，每个缝隙相距0.5λg ，距离波导宽边中心有一定偏移。Stevenson 给出宽边上纵向并联缝隙的电导为 ()a x g g π21sin = ()()g g b a g λλπλλ2cos 09.221= 其中，x 为待求的偏移，a 为波导内壁宽边长度，λg 为波导波长。在具体的设计中，可以利用HFSS 的优化功能来确定缝隙的谐振长度。首先确定在谐振缝隙设计中存在的几个变量，主要有缝隙偏移波导中心线的距离Offset ，缝隙的长度L ，缝隙的宽度W 等。一般可根据实际的加工确定出缝隙的宽度W ，应用HFSS 的优化功能得出缝隙的偏移量Offset 和缝隙长度Length 。如图1所示，在波端口的Y 矩阵参数可以等效于距检测端口的1/2个波导波长的缝隙中心的Y 矩阵参数，根据波导缝隙的基本设计理论，在谐振时缝隙的等效阻抗或导纳为实数。因此，当缝隙谐振时有Im(Y)=0。 单缝谐振长度优化示意图如下： 设计一个由20个缝隙组成的缝隙阵，采用Chebyshev 电流分布，前10个缝的电平分布如下： n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 a n 0.33 0.29 0.39 0.5 0.62 0.73 0.83 0.91 0.97 1.0 根据电平分布进行归一化：∑==101212n n a K 短 路 波端口g λ41g λ2 1L

波导平板裂缝天线阵的设计

波导平板裂缝天线阵的设计 金剑,万笑梅,汪伟,金谋平 (中国电子科技集团公司第三十八研究所,安徽合肥230031) 摘　要:利用商业软件HFSS的S参数仿真结果,采用等效网络法对矩形波导宽边纵缝进行互耦环境下的导纳计算;并利用天线远场幅度、相位方向图仿真结果,采用口径场反演方法,对阵中辐射缝参数进行修正。通过设计实例,验证了该方法非常适合于平板裂缝天线阵的设计,有效地提高了设计效率。 关键词:波导;缝隙天线阵;天线阵设计;有源导纳 中图分类号:TN823+.24;TN957.2 文献标识码:A 文章编号:167222337(2007)0320232204 Design of Planar Waveguide Slotted Antenna Arrays J IN Jian,WAN Xiao2mei,WAN G Wei,J IN Mou2ping (N o.38Research I nstit ute of C E T C,Hef ei230031,Chi na) Abstract:　The active admittance of a rectangular waveguide longitudinal slot is determined using the S parameter simulation results of commercial software HFSS and the equivalent network method in that the internal and external mutual couplings are taken into account.The aperture distribution is determined using re2deducing method and antenna simulative amplitude/phase patterns obtained by software HFSS,and the radiating slot dimensions are modified,thus good radiation patterns are https://www.wendangku.net/doc/df465888.html,ing the proposed meth2 od,planar waveguide slotted arrays can be designed easily and economically. K ey w ords:　waveguide;slotted antenna array;antenna array design;active admittance 1　引言 波导平板裂缝天线具有效率高、体积小、重量轻、结构紧凑,易获得高增益、低副瓣等特点,在雷达和微波通信系统中获得了广泛的应用。对于平板缝隙阵,互耦影响较大,故计算辐射缝隙电导时必须考虑内部互耦和外部互耦。 在实际天线设计中,确定波导缝隙有源导纳的方法主要有两种,即实验测量和理论计算[124]。前者是先加工相同偏置、相同缝长的一组小阵,再测量其S参数来求缝的导纳。该方法加工测试量很大、周期长并且成本高;后者一般采用Elliott提出的有源导纳设计方法进行数值计算或采用等效磁流片法分析,采用矩量法求解。该方法考虑互耦的计算比较繁复。商业软件的迅速发展,使通过仿真精确计算辐射缝隙自导纳和有源导纳成为可能[526]。另外,由于辐射缝隙受馈电缝、短路板的影响[7],以及边缘辐射缝的影响,导纳将发生改变,造成口径场的幅相分布恶化,进而影响天线的辐射性能。 本文给出一种利用H FSS仿真结合传输矩阵法确定波导缝隙有源导纳值,并通过仿真的远场幅度相位方向图数据反演天线的口径场,在此基础上对辐射缝进行修正。该方法的使用,可实现平板裂缝天线阵的设计一次成功,极大地提高了设计效率。 2　导纳的计算 小阵由若干根线源组成,每根线源上有N个相同偏置、相同缝长的纵缝,如图1所示。这样求得的缝电导既考虑了内部互耦,又考虑了外部互耦,并且缝的长度可以方便地进行调节,省去了实验件的加工。小阵规模的选取原则是算出的导纳误差满足设计需要。采用Ansoft HFSS等商业软 第3期2007年6月 雷达科学与技术 R a d a r S c i e nc e a nd Te c hnology Vol.5No.3 J une2007 收稿日期:2006207216;修回日期:2006209222基金项目:国防预研项目

实验八-波导缝隙阵天线的设计与仿真

实验八 波导缝隙阵天线的设计与仿真 一、实验目的 1.设计一个波导缝隙阵天线 2.查看并分析波导缝隙阵天线的 二、实验设备 装有HFSS 13.0软件的笔记本电脑一台 三、实验原理 波导缝隙阵具有口面效率高、副瓣电平低等优良的性能。这里考虑宽边纵向谐振式驻波阵列，每个缝隙相距0.5λg ，距离波导宽边中心有一定偏移。Stevenson 给出宽边上纵向并联缝隙的电导为 ()a x g g π21sin = ()()g g b a g λλπλλ2cos 09.221= 其中，x 为待求的偏移，a 为波导内壁宽边长度，λg 为波导波长。在具体的设计中，可以利用HFSS 的优化功能来确定缝隙的谐振长度。首先确定在谐振缝隙设计中存在的几个变量，主要有缝隙偏移波导中心线的距离Offset ，缝隙的长度L ，缝隙的宽度W 等。一般可根据实际的加工确定出缝隙的宽度W ，应用HFSS 的优化功能得出缝隙的偏移量Offset 和缝隙长度Length 。如图1所示，在波端口的Y 矩阵参数可以等效于距检测端口的1/2个波导波长的缝隙中心的Y 矩阵参数，根据波导缝隙的基本设计理论，在谐振时缝隙的等效阻抗或导纳为实数。因此，当缝隙谐振时有Im(Y)=0。 单缝谐振长度优化示意图如下： 设计一个由20个缝隙组成的缝隙阵，采用Chebyshev 电流分布，前10个缝的电平分布如下： n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 a n 0.33 0.29 0.39 0.5 0.62 0.73 0.83 0.91 0.97 1.0 根据电平分布进行归一化：∑==10 1 212n n a K 短路 波端口 g λ4 1g λ2 1L

波导缝隙天线的设计仿真

龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/df465888.html, 波导缝隙天线的设计仿真 作者：蒋德富刘健 来源：《现代电子技术》2013年第20期 摘要：电磁仿真软件HFSS以其高精度，高可靠性在电磁仿真设计中得到了广泛的应用。但对于复杂天线的模型，其没有很好的方法简化建模操作，需要花费大量的设计时间。将HFSS提供的VBScript脚本语言功能作为接口，利用Matlab调用控制HFSS，从而协同HFSS 建立模型，达到快速建模的目的。提出了一套波导缝隙阵天线的设计方法，设计一个波导缝隙阵天线，运用Matlab协同HFSS建立天线模型，并进行仿真分析。结果验证了天线设计方法的准确性，以及运用Matlab调用HFSS建模的可行性。 关键词： HFSS； Matlab；波导缝隙天线；协同仿真 中图分类号： TN823.24?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013） 20?0014?03 波导缝隙阵列天线口径幅度易于控制，具有辐射效率高，方向性强，结构紧凑等特点，而且容易实现低副瓣乃至极低副瓣，因此在雷达和通信领域有着广泛的应用。高频仿真软件HFSS在电磁仿真领域有着广泛的应用，有着高仿真精度、高稳定性的特点。使用HFSS的3D 建模功能，可以很容易解决简单的模型创建问题，但是对于复杂天线结构模型的建立，没有特别有效的方法，使得建模过程十分繁琐耗时，而且容易出错。利用HFSS提供的VBScript脚本功能，可以对软件进行二次开发，以VBScript作为接口，利用Matlab调用HFSS协同建模仿真，可以简化模型建立的操作，节约设计时间。本文提出了一套波导缝隙天线的快速建模方法，设计了一个波导宽边裂缝阵列天线。并以此波导缝隙天线为例，应用Matlab协同HFSS建立模型仿真，对仿真结果进行了分析。 1 基本理论 波导缝隙天线是在波导宽壁或窄壁上开缝的天线，波导中传输的电磁波可以通过缝隙向外界进行辐射。通常有宽边偏置缝、宽边倾斜缝、窄边倾斜缝隙这几种开缝形式。根据波导终端的形式不同，波导缝隙阵天线可以分为行波阵和驻波阵。行波阵的波导终端接吸收负载，单元间距稍大或稍小于[λg2]，驻波阵在距离终端[λg4]处接短路滑块，单元间距均为[λg2]，本文设计的就是一个波导驻波阵天线。 1.1 波导缝隙天线理论分析 波导上的辐射缝隙向外界辐射能量，引起波导负载的变化，应用传输线理论分析波导的工作状态比较方便，将相应的缝隙等效成与传输线串联的阻抗或并联的导纳，再建立对应的等效电路模型，进而可以求出各个缝隙的等效阻抗或导纳。 Stevenson等效电路法，就是根据传输

波导缝隙天线的设计仿真方案详细教程

波导缝隙天线的设计仿真方案详细教程 1. 引言波导缝隙阵列天线口径幅度易于控制，具有辐射效率高，方向性强，结构紧凑等特点，而且容易实现低副瓣乃至极低副瓣，因此在雷达和通信领域有着广泛的应用。高频仿真软件HFSS在电磁仿真领域有着广泛的应用，有着高仿真精度、高稳定性的特点。使用HFSS 的3D建模功能，可以很容易解决简单的模型创建问题，但是对于复杂天线结构模型的建立，没有特别有效的方法，使得建模过程十分繁琐耗时，而且容易出错。利用HFSS 提供的VBScript脚本功能，可以对软件进行二次开发，以VBScript作为接口，利用Matlab调用HFSS协同建模仿真，可以简化模型建立的操作，节约设计时间。本文提出了一套波导缝隙天线的快速建模方法，设计了一个波导宽边裂缝阵列天线。并以此波导缝隙天线为例，应用Matlab协同HFSS建立模型仿真，对仿真结果进行了分析。 2.基本理论波导缝隙天线是在波导宽壁或窄壁上开缝的天线，波导中传输的电磁波可以通过缝隙向外界进行辐射。 通常有宽边偏置缝、宽边倾斜缝、窄边倾斜缝隙这几种开缝形式。根据波导终端的形式不同，波导缝隙阵天线可以分为行波阵和驻波阵。行波阵的波导终端接吸收负载，单元间距稍大或稍小于g /2 ，驻波阵在距离终端g /4 处接短路滑块，单元间距均为g /2 ，本文设计的就是一个波导驻波阵天线。 2.1 波导缝隙天线理论分析 波导上的辐射缝隙向外界辐射能量，引起波导负载的变化，应用传输线理论分析波导的工作状态比较方便，将相应的缝隙等效成与传输线串联的阻抗或并联的导纳，再建立对应的等效电路模型，进而可以求出各个缝隙的等效阻抗或导纳。Stevenson 等效电路法，就是根据传输线理论和波导模的格林函数导出矩形波导缝隙的计算公式。图1所示为波导宽边纵向偏置缝隙及其等效电路。 归一化等效谐振电导为：

【总结】波导缝隙阵带宽总结

波导缝隙阵带宽总结 一，改善波导缝隙天线带宽的方法： 波导裂缝阵列天线具有较高的功率容量、较低的交叉极化、较低的馈电损耗以及较高的效率等优点而被广泛应用于雷达和通信领域。波导缝隙天线虽然有很多优点，但是其也有固有的缺点，即工作频带很窄，相对带宽一般在1%-4%之间。但是随着需求的发展，目前一些应用对波导缝隙天线的带宽也提出了要求，例如高分辨率合成孔径雷达，同时在这些应用中对交叉极化抑制的要求也很高，因此对宽带和低交叉极化的波导缝隙阵的研究是具有非常现实的意义的。 波导缝隙天线阵包括两种，行波阵和谐振阵。前者波导辐射缝隙间距偏离半个波导波长，一端激励一端接匹配负载，电磁波在波导内成行波状态，通常应用与大型天线阵中。后者单元间距为半个波导波长，一端激励一端在离最后一个辐射缝隙四分之一波导波长处短路，波导内电磁波呈驻波状态，这种阵一般应用于小型阵列。前者频带宽些，但在大型阵中由于波导传输损耗及终端负载的吸收，效率较低。后者一般效率高些，但是带宽窄些。总之，工作频带都较窄。 早期人们采用串-并联缝隙，倾斜偏置缝或分别匹配每个缝隙的方法来展宽带宽，但是采用串-并联缝隙或倾斜偏置缝将带来另一计划分量增加的问题，而匹配每个缝隙对于天线阵设计来说是比较困难的事情。目前，常用的改善波导缝隙天线带宽的方法有三种：１将天线分成若干个子阵；２采用中间馈电的馈电方式；3用脊波导代替矩形波导。 二，具体实例 （1） 对于波导窄边开斜缝天线阵，由于缝隙倾斜引起较高的交叉极化电平。窄边非倾斜缝辐射单元形式。由于辐射电磁波的电场分量垂直于辐射细缝，而此种

辐射缝隙完全垂直于波导的轴线，排除了单元在垂直于波导纵向的电场分量，因此辐射电磁波只包含波导轴向分量，从而得到优越的交叉极化特性。所以用非倾斜缝隙作为辐射单元组成的天线将得到非常高的交叉极化抑制性能。本文提出一种非倾斜缝的新型激励方式，将一对切角矩形金属膜片置于缝隙两边，膜片紧贴于波导的宽边和上部窄边上，这种结构有利于天线阵的制作和增加可靠性。设计加工了一个x波段的16元侧射均匀直线阵，为了有效展宽工作带宽，将天线阵划分成4个谐振子阵，并由一个波导功分器馈电。测试结果验证了设计的可行性。 图1 波导窄边非倾斜缝结构 波导窄边的电流只有y分量，当在窄边沿y向开非倾斜细缝时，其切割的电流几乎忽略不计，在缝隙内不能激励起电磁场，因此对空间不能产生辐射。为了改变这一状况，此处采用一对切角矩形金属膜片置于缝隙两边(如图l所示)，改变缝隙附近波导内的场分布，从而使波导窄壁上电流具有z分量，这样非倾斜缝就可以有效切割电流，在缝隙内激励起电磁场，进而向空间产生辐射。由于波导窄边尺寸较小，为了得到谐振长度，缝隙需要扩展到波导的宽边，切割到宽边的深度为h。为了改善因单元数较多限制天线阵工作带宽的因素，将天线阵分成4个子阵，并由一个波导功分器馈电。功分器如图2所示

一种X波段波导缝隙天线的设计与仿真

一种X波段波导缝隙天线的设计与仿真 作者：李高升,卢中昊,刘锋,何建国 来源：《现代电子技术》2010年第21期 摘要:给出了波导缝隙天线设计步骤,设计一种X波段波导缝隙天线,计算了天线口径、波导数量、缝隙的单元数量、宽度、位置等参数,设计半高波导宽臂耦合谐振缝魔T和差器,在此基础上完成了天线设计。仿真结果表明,当中心频率为12 GHz时,和波束增益为28.9 dB,第一副瓣电平为-22.2 dB,所设计的天线形式可获得较好的和、差波束方向图、电压驻波比和增益等参数。 关键词:波导缝隙天线; 低副瓣; 辐射缝隙; 和差器 中图分类号:TN957.2-34文献标识码:A 文章编号:1004-373X(2010)21-0005-04 Design and Simulation of Waveguide Aperture Antenna Working in X-band LI Gao-sheng, LU Zhong-hao, LIU Feng, HE Jian-guo (College of Electronic Science and Engineering, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China) Abstract: The procedures for designing a waveguide aperture antenna are presented. A waveguide aperture antenna working in X-band is designed. The aperture of antenna, number of waveguide, and parameters of aperture including number, width and location are calculated. A wide-arm coupling resonant aperture magic T comparator with half-height waveguide is designed, based on which the design of the antenna is finished. Simulation results indicate that gain of the sum beam is 28.9 dB and the first side lobe is -22.2 dB at 12 GHz. The antenna can attain good parameters such as sum and subtract pattern, voltage stand wave ratio and gain. Keywords: waveguide aperture antenna; low side lobe; radiation slot; comparator 0 引言 随着信息化水平的提高和无线电技术的发展,对高效率、低副瓣天线的需求日渐强烈,特别是弹载、机载搜索和跟踪天线,由于早年常用的抛物面天线固有的口径遮挡,难以在这两方面有大幅度提高,不能满足日益增长的需求。 波导缝隙天线在设计方面具有较大的灵活性,可调整和优化的参数多,较易实现高效率、超低副瓣和高增益,还具有承受功率高,结构紧凑等优点,得到了广泛的研究和应用[1-2]。

波导裂缝天线单元的制造技术研究

波导裂缝天线单元的制造技术研究 江海东1,2 (1.南京航空航天大学,江苏南京210016; 2.华东电子工程研究所,安徽合肥230031) 摘要:波导的精度和裂缝的加工对天线单元的制造非常关键。从波导整形、裂缝加工等方面重点考虑,阐述了波导裂缝天线单元的制造技术。 关键词:波导裂缝;整形;温度补偿;检测 中图分类号:TN82文献标识码:A文章编号:1001-3474(2008)06-0361-04 A Research on M anufact uring Technology of t he Slotte d W aveguide Antenna Unit JI ANG Ha i-dong1,2 (1.N anji n g Universit y of A eronautics and A stronautics,Nanji n g210016,China; 2.East Chi n a R esearch Instit ut e of E lectronic Engineering,Hefe i230031,China) Abst ract:W avegu i d e prec ision and sl o t pr ocessi n g are very i m portant to the m anufact u ring of the an-tenna uni.t Th is paper describes so m e key m anufact u ring techno log ies of the sl o tted w avegu i d e antenna u-n i,t such as w avegu i d e shap i n g and slot processing. K ey w ords:S l o tted w avegu i d e;Shap i n g;T e m perat u re co m pensation;Detecti o n Docu m ent Code:A A rticle ID:1001-3474(2008)06-0361-04 雷达在第二次世界大战中得到迅速发展,为适应战争需要,交战各方研制出从米波到微波的各种雷达装备。天线是雷达不可或缺的重要组成部分,天线的出现要比雷达早约半世纪。根据目前雷达天线形状的不同,主要有反射面天线、平面阵列天线、喇叭天线三种形式。平面阵列天线能实现波束全空域快速扫描,具有多目标检测、跟踪、自适应、天线波束控制灵活等优点。1940年以来,矩形波导裂缝阵列天线已开始出现于地面和机载雷达系统中,由于波导裂缝阵列天线拥有结构紧凑、质量轻、成本低的优势,所以它获得了极为广泛的应用。 波导裂缝阵列天线是指在波导宽壁或窄壁上开有裂缝的天线。根据裂缝形式和位置的不同,常用的波导裂缝阵列天线单元有波导宽边偏置缝、波导宽边倾斜逢、波导窄边倾斜缝3种,如图1所示。 某雷达的平面阵列天线是由波导裂缝天线单元组成的天线阵面,采用窄边倾斜缝结构。该波导裂缝阵列由若干根矩形波导裂缝天线单元组成,如图2所示。整个波导阵列组成一个5m@2m的天线阵面,该天线阵面的均方根误差要求小于0.5mm,为保证天线阵面的平面度,必须控制天线单元安装背架和波导裂缝天线单元等相关制件的精度,波导裂缝天线单元的精度是天线加工中的关键技术 1结构特点分析 单个波导裂缝天线单元的波导选用B J32,其窄边上分布若干数量裂缝,其深度D?0.04mm,宽度B?0.03mm,波导管壁上的裂缝位置S?0.05mm,长度约5m,为保证天线阵面的平面度要求,波导直线度误差要求不大于0.3mm/5m,如图3所示。 其结构特点如下:(1)材料为铝合金;(2)空心 作者简介:江海东(1976-),男,主要从事雷达产品机械工艺设计及工艺总体研究工作。361 第29卷第6期2008年11月 电子工艺技术 E lectron ics P rocess T echno l ogy

波导裂缝阵列天线的结构设计

波导裂缝阵列天线的结构设计 张雪芹 (西安电子工程研究所　西安　710100) 【摘要】　简述了常规波导裂缝阵列天线的结构设计方法,同时以某些天线为例 强调了结构设计时主要考虑的几个因素。 关键词:波导裂缝阵列　框架　基准 Structural Design of Slotted Waveguide Array Antenna Zhang Xueqin (X i'an Electronic Engineering Resear ch Institute,X i'an710100) Abstract:This paper briefs the str uctural desig n of comm on slotted w aveg uide array antenna and presents several key factors w hich should be co nsidered during structur al design of this antenna. Keywords:slotted w aveguide array　frame　reference 1　引言 随着现代雷达技术的发展,波导裂缝阵列天线已被广泛应用于多种形式的雷达上。我所已有多个雷达产品采用裂缝阵列天线,鉴于波导裂缝阵列天线的特点,对其天线的结构设计提出了较高的要求。 波导裂缝阵列天线结构设计的合理与否,不仅影响该天线的加工工艺性以及天线的加工制造成本,更重要的是影响天线的电气性能。在此,以某些裂缝天线为例,对该种天线的设计方法做一简要的总结。 2　波导裂缝阵列天线的常规结构布局及组成 波导裂缝阵列天线从结构上可分为两大部分:第一部分为馈电网络部分,它主要包括功分器、移相器、裂缝波导等;第二部分为天线框架部分。其结构布局如图1。 第一部分是实现电磁波的收发功能,第二部分为第一部分的载体,其功能为支撑第一部分并安装与其有关的装置,如激励器等。 3　常规结构设计要求 a.外形几何尺寸:天线的外形主要取决于天线电气的要求及雷达总体要求,与天线的增益、功率和雷达总体架设、运输等因素有关。 本文于2000年9月10日收到 57