無線電遙測(cè)是導(dǎo)彈系統(tǒng)測(cè)試的重要手段，在導(dǎo)彈的研制和發(fā)射試驗(yàn)中發(fā)揮著越來越重要的作用,。而天線作為遙測(cè)系統(tǒng)的重要組成部分,，其性能好壞直接影響著整個(gè)遙測(cè)系統(tǒng)的工作性能。所以人們對(duì)遙測(cè)天線的要求也越來越高,，以盡可能地為評(píng)估導(dǎo)彈性能和分析故障提供精確的依據(jù)[1],。導(dǎo)彈在飛行過程中姿態(tài)變化大，運(yùn)動(dòng)速度快,，天線單元必須采用易于共形的輻射單元,。過去常采用的振子天線已無法滿足外形要求。而微帶天線具有體積小,、重量輕、低剖面,、易與載體共形等特點(diǎn),，無論在結(jié)構(gòu)上還是在性能上都有很多優(yōu)勢(shì)，非常適合在導(dǎo)彈等高速飛行器上應(yīng)用,。

    本文結(jié)合實(shí)際需求,，研究設(shè)計(jì)了一種彈載共形微帶天線。該天線與彈體表面共形,，不影響彈體的空氣動(dòng)力學(xué)特性,，并對(duì)其進(jìn)行了性能仿真和試驗(yàn)研究。
1 天線設(shè)計(jì)
    本文研究的共形微帶天線,，其工作波長(zhǎng)及尺寸遠(yuǎn)小于所要共形的導(dǎo)彈載體半徑,，所以載體表面的曲率對(duì)天線單元性能的影響非常小。因此天線單元的設(shè)計(jì)可以采用一般平面微帶天線設(shè)計(jì)理論和公式,。但當(dāng)貼片單元組成一個(gè)天線陣列并與曲面共形時(shí),，其反射系數(shù)和方向圖還是會(huì)發(fā)生一定的變化，輻射特性也變得復(fù)雜。為了在陣列設(shè)計(jì)時(shí)計(jì)入曲面的影響,，使用基于有限積分的“CST Microwave studio”電磁仿真軟件對(duì)天線進(jìn)行仿真和參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì),。
    天線主要技術(shù)指標(biāo)要求如下：
  （1）天線工作頻率：f0±20 MHz；
  （2）天線駐波比：VSWR≤1.5,；
  （3）天線增益：Gain≥8 dBi,；
  （4）極化方式：線極化。
1.1 微帶天線單元設(shè)計(jì)
    本文采用的微帶天線由接地層,、介質(zhì)層,、貼片層和防護(hù)罩層組成。微帶輻射單元結(jié)構(gòu)如圖1所示,，微帶天線通過饋電方向的兩個(gè)邊緣進(jìn)行輻射,，單元阻抗由中到邊緣逐漸變大。采用開槽的形式[2],，把饋線深入貼片天線內(nèi)部,，通過調(diào)整饋線插入深度，使饋線與貼片單元達(dá)到良好的阻抗匹配,。

1.1.1 介質(zhì)基板的確定
    在進(jìn)行微帶貼片天線單元設(shè)計(jì)時(shí),，需首先做好介質(zhì)基片材料(介電常數(shù)?著r和介質(zhì)損耗正切角tan?啄)的選擇及厚度h的確定，它們直接影響微帶天線的尺寸,、重量,、方向性、頻帶等性能[3],。
    值得指出的一點(diǎn)是,，在安裝空間受限以及低剖面要求的彈載應(yīng)用場(chǎng)合，增加介質(zhì)基片厚度h可以展寬天線帶寬,，但基片厚度過大則會(huì)引起表面波的明顯激勵(lì),，表面波達(dá)到基片邊沿時(shí)產(chǎn)生反射散射，導(dǎo)致天線增益下降,，交叉極化增大,，輻射效率降低。因此要綜合考慮確定,。    根據(jù)天線的技術(shù)指標(biāo)要求,，設(shè)計(jì)過程中貼片層和接地層都采用厚度t=0.018 mm的銅箔，介質(zhì)層采用介電常數(shù)?著r=6,、厚度h=1.0 mm,、損耗正切tan?啄≤0.001的微波復(fù)合介質(zhì)。

    
    根據(jù)上述公式,，采用所選擇的介質(zhì)基板便可以計(jì)算貼片單元的大小,。使用基于CST仿真軟件,，進(jìn)行仿真、優(yōu)化得到天線的結(jié)構(gòu)參數(shù)選取如下:貼片寬度17.8 mm,貼片長(zhǎng)度13.5 mm,，饋線插入深度4.1 mm,，饋線寬度1.5 mm。
1.2 微帶 2×2 陣列設(shè)計(jì)
　　微帶貼片單元的增益一般只有4 dBi左右,。為了獲得更大的增益,，或者說是為了實(shí)現(xiàn)特定的方向性，通常采用由微帶貼片輻射單元組成的微帶陣列天線[5],。因此,，本文在所要求的60 mm×60 mm尺寸范圍內(nèi)，同時(shí)又考慮到天線的效率問題,，采用了4個(gè)輻射單元組成一個(gè)2×2的微帶陣,。設(shè)計(jì)的微帶陣列和功分網(wǎng)絡(luò)如圖2所示。

    微帶天線陣的饋電網(wǎng)絡(luò)主要是保證各陣元所要求的激勵(lì)振幅和相位, 以便形成所要求的方向圖, 或者使天線性能某項(xiàng)指標(biāo)最佳,。對(duì)饋電網(wǎng)絡(luò)的要求是阻抗匹配,、損耗小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等,。
    根據(jù)以上所述,天線陣采用并聯(lián)等幅同相等功率饋電[6],，饋電網(wǎng)絡(luò)由T型等分功分器組成，功分器采用多節(jié)阻抗匹配枝節(jié)設(shè)計(jì),，使調(diào)試簡(jiǎn)單方便,。整個(gè)天線陣采用同軸SMA接頭,為了達(dá)到與接頭50 Ω阻抗匹配，還需要利用四分之一阻抗匹配段來調(diào)配天線陣輸入阻抗,。


    天線的電壓駐波比采用標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀HP8757C測(cè)量,，測(cè)量結(jié)果如圖4所示。其中圖4(a)是仿真得到的駐波曲線,，圖4(b)是測(cè)量得到的駐波曲線,。
　 從圖4可以看出，天線在±20 MHz的頻帶內(nèi)電壓駐波比都小于1.5,滿足天線設(shè)計(jì)要求,。實(shí)測(cè)結(jié)果與仿真結(jié)果基本吻合,但是實(shí)測(cè)結(jié)果中諧振點(diǎn)稍微往高頻偏移，兩者存在的偏差主要是由天線的加工誤差,、測(cè)量誤差,、接頭焊接誤差和仿真計(jì)算誤差所引起的。

圖5 測(cè)試結(jié)果

    最后在微波暗室通過天線測(cè)試系統(tǒng)對(duì)天線的輻射方向圖和增益進(jìn)行了測(cè)試,，測(cè)試結(jié)果如圖5所示,。
　 圖5(a)給出了天線陣在中心頻率處仿真與實(shí)測(cè)的H面遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖，圖5(b)給出了仿真與實(shí)測(cè)的E面方向圖,。
    圖5中實(shí)線代表仿真值,，虛線代表實(shí)測(cè)值,。可以清楚地看到,，實(shí)測(cè)方向圖與仿真方向圖吻合良好,。H面方向圖對(duì)稱性較好，而E面的方向圖稍顯不對(duì)稱,，這是由于整個(gè)天線的饋電點(diǎn)同軸SMA接頭不在正中心位置,，對(duì)于E面是不對(duì)稱的。
   采用標(biāo)準(zhǔn)增益天線比較法測(cè)試得到天線在中心頻率的增益為8.4 dBi,而仿真得到的增益為8.9 dBi,，該天線增益的實(shí)測(cè)值與仿真值也是大致接近的,，稍有偏差是由于在仿真建立模型時(shí)，微波介質(zhì)損耗因子的設(shè)置比實(shí)際的要小,，而介質(zhì)損耗大必然使輻射效率降低,，從而使增益降低。
    綜合運(yùn)用單層微帶貼片結(jié)構(gòu)和T型功分器饋電技術(shù),，并結(jié)合高頻電磁仿真軟件CST設(shè)計(jì)了一個(gè)四元彈載共形微帶天線陣,。設(shè)計(jì)的天線陣體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,、調(diào)試方便,。實(shí)測(cè)天線陣在±20 MHz的頻帶內(nèi)駐波比均小于1.5，最大增益8.4 dBi,，測(cè)試結(jié)果與仿真結(jié)果吻合較好,。該天線陣電性能和輻射特性良好，可以滿足遙測(cè)天線的使用需求,。
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