【正文】 寸的良導電金屬板上的。如圖 （ b）所示。能產(chǎn)生輻射的縫隙都能有效切割表面電流線，而不能產(chǎn)生輻射的縫隙是與表面電流線平行的，不能有效切割表面電流線。 另外沿波導縱軸方向相距半個波導波長的兩個截面上，縱向表面電流和橫向表面電流都是反相的，因而在波導縱軸方向上相距 2g? 的縫隙是反相的，相距 g? 的縫隙是同相的。另一方面這又決定了各縫的相位差 ? 與縫的間距 d 有密切關 船舶雷達裂縫天線的設計 16 系，二者不再是相互獨立的了，而各縫的激勵幅度則與縫在波導上的位置和方向有關。 諧振式縫隙陣是側(cè)射陣，方向性圖主瓣最大值方向指向縫隙面的法線方向。為后續(xù)章節(jié)裂縫天線的設計作了鋪墊。首先確定在諧振縫隙設計中存在的幾個變量 ，主要有縫隙偏移波導中心線的距離 Offset，縫隙的長度 L，縫隙的寬度 W等。 并且將各個縫隙的偏移量按照公式（ ）所示設置好，然后先設置輻射邊界，再設置理想磁壁。 介紹了 磁波的干涉與疊加原理、方向圖乘積定理這兩個陣列天線得以 構(gòu)成的重要原理。 感謝金紅老師對我的 激勵 。 綜上所述，論文下一步的工作主要有兩方面： 研究開縫的數(shù)目對天線性能的影 響 研究縫隙偏移量對天線性能的影響 船舶雷達裂縫天線的設計 25 參 考 文 獻 [1] 房 少軍 ,邰有誠 ,欒秀珍 ,金紅 .電磁場與電磁波 .大連： 大連海事大學出版社， 2020. [2] 謝擁軍 ,王鵬 ,李磊 ,周建華 ,雷振亞 .Ansoft HFSS 基礎及應用 .西安： 西安電子科技大學出版社， 2020. [3] 欒秀珍 ,房少軍 ,金紅 ,邰有誠 .微波技術 .北京：北京郵電大學出版社， 2020. [4]薛正輝 ,李偉明 ,任武 .陣列天線分析與綜合 .北京：北京航空航天大學出版， 2020. [5] 曹善勇 .磁場分析與應用實例 .北京： 中國水利水電出版社， 2020. [6] 李偉明 ,任武 .陣列天線的分析與應用 .北京： 北京航空航天大學出版， 2020. [7] 施錦文 .波導裂縫天線的分析與設計 .西北工業(yè)大學 碩士學位論文 ， 2020. [8] 譚 曉 明 .基于時域有限差分法的縫隙天線分析與設計 . 大連海事大學碩士學位論文，2020. [9] 楊帆 .基于 WiFi波段的波導縫隙天線研究 . 大連海事大學 學士學位論文， 2020. [10] 齊美清 ， 汪 偉 ， 金謀平 .波導縫隙諧振陣帶寬與縫隙特性關系研究 . 微波學報 . 2020 年 8 月 .第 23 卷增刊 . 船舶雷達裂縫天線的設計 26 致 謝 感謝 我的導師房少軍教授！ 大學四年來 ，在 學習上和生活上 ，他給了我許多關心和照顧。 本文提出 了 一種 寬邊縱向諧振式 的 雷達 波導裂縫天線形式，給出了詳細的設計過程，并進行了仿真 ，結(jié)果表明，這種天線能 夠達到預期的效果 。 根據(jù)波導各個尺寸可得偏移量和導納之間的關系為 船舶雷達裂縫天線的設計 19 ? ?a r c sin 1 .0 6 6 naxg?? （ ） 由上述導納值可以求得各個縫隙的偏移量： 135790. 81 360. 96 231. 53 682. 06 982. 43 14x mmx mmx mmx mmx mm????? 246810x mmx mmx mmx mmx mm????? （ ） 單個縫隙的波導 縫隙 陣列天線的設計與仿真 整個設計過程可以分為兩個子工程：子工程 1 在給定縫隙的偏移量 以后，首先建立單個縫隙天線模型，然后設置邊界條件，和激勵端口以及工程變量，最后進行縫隙長度優(yōu)化 ，可以利用該工程對各個縫隙進行優(yōu)化 ，單個縫隙天線模型如圖 所示 ； 圖 單個諧振長度的優(yōu)化模型 下面分別給出了用 HFSS 仿真軟件制作的單個縫隙波導的 S11 圖， 3D 模型仿真圖以及 2D 模型仿真圖 ： 船舶雷達裂縫天線的設計 20 圖 單縫波導天線的 S11 圖 單縫波導的 2D 遠場方向 圖 船舶雷達裂縫天線的設計 21 圖 單個縫隙波導的 3D 遠場方向 圖 20 縫波導縫隙陣列 天線的設計與仿真 子工程 2 建立含有所有縫隙的完整模型。 Stevenson 給出了寬邊上縱向并聯(lián)縫隙的電導為 )(sin 21 axgg ?? （ ） )2(2c gg bag ?????? （ ） 其中， x 為待求的偏移量， a 為波導內(nèi)壁寬邊長度， λ 為波導波長。最后通過對比介紹理想縫隙天線和波導縫隙天線的輻射機理，具體介紹了縫隙天線的開縫機理和輻射原理，以及其方向性 的分析方法。 對于寬邊縱向縫隙陣而言，由于中軸線兩側(cè)的橫向電流反向，能產(chǎn)生所需的 ?180 附加相移，所以可以把相鄰縫隙交替地分布在波導寬壁中線兩側(cè)。 波導縫隙陣一般也是采用等間距和等相位差的，這時 dndn ?? ， ?? ??nn ，于是 ????? 10)c o s(),( Nnkdjnna eAF ???? （ ） 令 )c o s(21 ?? ?? kdU ，則 ????102)( NnnUjna eAUF （ ） 對于等幅陣， 1?nA ，則 UNNUUFa sinsin)( ? () 或 )]c os(s in [)]c os(s in [)(212 ?? ??? ??? kdN kdF Na （ ） 對于同相等幅陣， 0?? ，則 )]c os(s in [)]c os(s in [)(212 ??? kdN kdF Na ? （ ） 這是一 個側(cè)射陣， 陣軸線的垂直方向 即為最大輻射方向 ，即 ??90m? 。因而寬面還可以開橫向縫隙，橫縫在寬面中心線上受到的激勵最強，往邊沿逐漸減小。這是因為窄壁豎縫和寬壁中軸線上的縱縫對波導內(nèi)原來的電磁場結(jié)構(gòu)無明顯影響，而其它形式的縫隙能有效地改變波導壁表面的場分布。 圖 波導寬邊縱縫及其等效電路 寬邊縱向縫隙會使一部分橫向表面電流不能按原來的方向流動而是發(fā)生彎曲，繞過縫隙流動，如圖 （ a） 所示。因此鉛垂縫隙是水平極化的，水平縫隙是垂直極化的。由電磁場邊界條件可知，對帶狀振子來說，在振子上切向電場 tdE 為零，因為振子是理想導體；在振子以外切向磁場 tdH 為零，因為振子的磁場均垂直于分界平面。 我們 把“電源”引起的場稱為 “電 源 場”；而把“磁源”引起的場稱為 “磁 源 場 ”。 對偶原理 電偶極子與磁偶極子的對偶 自由空間中電偶極子的中心位 置 設為 球坐標系的原點 O，正、負電荷之間的 間距 為l ， 坐標 分別 為 )2,0,0( l 和 )2,0,0( l? 。代人遠場條件： 11nRr? （ ） 1 cosnrzR ??? （ ） 可得到 ??11. . . c o s00 ,4 n njk RNN jk znnenne Fer ?????????? ? ? ? ? ??? （ ） 式中，因子 cosnjkze ? 表示由于各單元的空間位置 nz 不同， 使輻射 電磁波在觀察角 ??,?? 產(chǎn)生的相對相位。這 船舶雷達裂縫天線的設計 8 時，每個單元的位置坐標記為 nz 。 39。我們知道，天線在空間的輻射是天線上源電流產(chǎn)生的，若空間中存在滿足相干關系的多個電流（如一個電流分出的多個部分，施加在不同的天線單元上），則多個電流的輻射電磁場在空間中將發(fā)生疊加，形成干涉 現(xiàn)象，造成某些空間區(qū)域場同相疊加，場加強；某 些空間區(qū)域場反相疊加，場削弱；在另外一些區(qū)域場的疊加介于同相和反相之間，這樣就形成了空間中的電磁場的強弱分布。托馬斯 第 三 章設計了一種 寬邊縱向諧振式駐波 波導裂縫天線， 根據(jù)對方向圖的要求，采用切比雪夫陣設計該天線各縫隙的電流分布， 并用較為嚴格 史蒂文森 （ ） 法推導 波導裂縫的等效電導 ， 先利用 HFSS 高頻仿真軟件建立單個縫隙的模型并進行仿真 然后在利用這個單縫模型設計 20 縫的波導縫隙天線陣的模型，設置 各個 縫隙的偏移量，并借助 Ansoft 公司的高頻電磁仿真軟件 HFSS 進行仿真。 軟件的計算原理 總的來說， HFSS 軟件將所有要求解的微波 問題等效計算 N 端口網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的 S 矩陣，具體步驟如下： （ 1） 將結(jié)構(gòu)劃分為有限元網(wǎng)絡。這能解決任意的 3D 幾何問題，尤其是那些有復雜曲線和曲面的問題，當然在局部會利用其它技術。 HFSS 仿真軟件的介紹 HFSS 廣泛應用于航空、航天、電子、半導體、計算機、通信等多個領域。 具體方法如下 ， 運用磁場連接性條件得到了兩個積分方程 在裂縫的上、下口徑上，將厚度為 t 的裂縫視作一個腔體，分別建立波導、半自由空間、裂縫墻體的格林函數(shù)，然后用矩量法計算裂縫口徑上電場眼裂縫長度方向的數(shù)值。 目前國際 國內(nèi) 上也 都 在大力開展船舶雷達的研制工作，但技術尚未成熟，并考慮到其成本比較高，大角度掃描狀態(tài)下很難實現(xiàn)低副瓣性能等實際困難，可以預見在今后相當長的時間內(nèi)，裂縫陣天線仍將是船舶雷達天線的首選。 作為 裂縫 陣列 天線的理論基礎， 從陣列天線的兩個最基本原理： 電磁波的干涉與疊加原理、方向圖乘積定理 出發(fā)，使我們對陣列天線有了更加清楚的認識，然后從 對偶原理出發(fā)，分析了波導上單個縫隙的輻射機理和形式，并分析了由多個縫隙構(gòu)成的波導裂縫天線陣的特點，給出相關的計算公式。 optimization III 目 錄 第 1 章 緒論 .................................................................................................................. 1 課題研究的背景及意義 ..................................................................................... 1 船舶裂縫天線的研究