【正文】 設(shè)計和建立的。一般可根據(jù)實際的加工確定出縫隙的寬度 W，應(yīng)用 HFSS 的優(yōu)化功能得出縫隙的偏移量 Offset 和縫隙長度 Legth。 縫隙的完整模型如圖 所示。 ，在此基礎(chǔ)上， 通過電偶極子和磁偶極子的對偶性，電流源和磁流源的對偶性建立了對偶原理 ，加深了對 對偶原理 的認識 ， 分析并比較了半波帶狀振子和半波縫隙振子 ， 并且分別介紹了理想裂縫天線和波導(dǎo)裂縫天線的輻射機理以及開縫形式， 阻抗 特性等相關(guān)知識 。 感謝 傅世強 老師對我的 指導(dǎo) 。 從仿真結(jié)果來看，該方案具有可行性，但同時也存在不足，如 縫隙的數(shù)目對天線性能的影響，以及縫隙偏移量的對天線性能的影響都有待研究 ，這一點對于 寬邊縱向諧振式 的波導(dǎo)裂縫天線來說，具有很高的研究價值，也是一大挑戰(zhàn)。 船舶雷達裂縫天線的設(shè)計 24 結(jié) 論 隨著現(xiàn)代雷達技術(shù)的發(fā)展，雷達 發(fā)射脈沖寬度變得越來越窄，這就要求雷達天線波束也要隨之變窄，這給大型雷達天線的設(shè)計提出了挑戰(zhàn)。工作頻率為 10GHz，工作波長 λ=30mm，波導(dǎo)波長 mm? ? 。 Stevenson在波導(dǎo)縫隙的電參數(shù)計算有如下假定： （ 1） 縫隙寬度較窄，即長度 /寬度》 1，且縫隙長度為 2? （ ? 為工作波長） ； （ 2） 縫隙上的電場分布近似于半個正弦函數(shù) ； （ 3） 在波導(dǎo)中僅傳輸 10?? 模 ； （ 4） 波導(dǎo)壁厚近似于 零 ，波導(dǎo)為良導(dǎo)體 。并且利用對偶原理分別從 電偶極子與磁偶極子的對偶電流元和磁流元的對偶性 來 對偶原理的建立 加以說明。 諧振式波導(dǎo)縫隙陣由于縫隙間距為 2g? ，所以相鄰縫隙的激勵會產(chǎn)生 ?180 ，為使各縫獲得同相激勵，應(yīng)當采取措施使相鄰縫隙再獲得 ?180 的附加相移。波導(dǎo)縫隙陣的方向性函數(shù)仍為元方向性函數(shù)與陣函數(shù)的乘積，即 ),(),(),( ?????? ae FFF ?? （ ） 陣函數(shù)仍為： ????? 10)c o s(),( Nn nd nkjna eAF ???? （ ） 式中 nA 為縫隙激勵電壓的幅度比， 10?A ， ? 為觀察點所在方向與縫隙陣軸線（也就是波導(dǎo)縱軸）的夾角。 寬面還有縱向表面電流，它在寬面中心線處最大，往邊緣逐漸減小到零。波導(dǎo)上的縫隙是不需 要另外的饋線的，它輻射的能量就來自波導(dǎo)內(nèi)的電磁波，在波導(dǎo)內(nèi)傳輸 10TE 波時，窄壁豎縫和寬邊中軸線上的縱縫均不能受到激勵而向空間輻射，根據(jù)收發(fā)天線的互易原理，它們也就不能從遠處傳來的無線電波中接收能量。波導(dǎo)上開的縫隙可等效為負載，開縫的波導(dǎo)便等效為加載傳輸線，根據(jù)開縫的 位置和方向，縫隙或等效為串聯(lián)的負載或等效為并聯(lián)的負載 。 二者主平面互換了位置，包含縫隙軸線的平面是 H 面，而垂直于縫隙軸線的平面是 E 面。無限大的導(dǎo)電平板將整個空間分成兩個半無限大空間，當考慮半空間的場分布時，其閉合邊界由縫隙或振子所在的無限大平面和無限大半球面組成，由于在無限大半球面上電磁場必為零，只需比較無限大平面上的邊界條件即可。 對偶原理的建立 我們就可以把電偶極子（電流和電荷）所產(chǎn)生的場，看成是“電源”所引起的；而磁偶極子（磁流和磁荷）所產(chǎn)生的場，看成是“磁源”所引起的。 有了這一個定理之后，研究陣列天線的輻射特性一般僅需研究由陣的組織方式?jīng)Q定的陣列子即可，待單元形式選定后，再把單元因子乘以陣因子，即可得到陣列天線的輻射特性。依據(jù)積分求和的公式，轉(zhuǎn)化為球坐標系，則第 n 個單元 在遠場觀察點 ?? ,Pr??產(chǎn)生的電場為 ??11. . . c o s00 ,4 n njk RNN jk znnenne Fer ?????????? ? ? ? ? ??? （ ） 式中， A 為單元形式有關(guān)的比例系數(shù)。 不妨首先以線陣為例，設(shè)在圖 中每一小段ndl的中心位置都放置了一個單元天線，這些單元天線為相似元，它們的方向圖函數(shù)均為 e( , )F?? （稱為單元因子，表示單元個體的輻射特性），重新繪于圖 。( , )zxJ x y ,分布平面面積為 S，如圖 所示，則在遠場觀察點 ?? ,xyz ，有 39。 由于光本身的波動性，光波與電磁波本質(zhì)上是相似的，因此可以把這一最初在光學領(lǐng)域提出的基本原理推廣到電磁波領(lǐng)域。 波的干涉與疊加原理最初來源于光學領(lǐng)域。 第二章 首先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)， 分析并比較了半波帶狀振子和 半波縫隙振子，在此基礎(chǔ)上 分析了波導(dǎo)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(dǎo)裂縫天線陣的特點，給出相關(guān)的計算公式。同時，具備與 Ansoft Designer、 Nexxim 動態(tài)連接的特性：通過動態(tài)參數(shù)化鏈接，在 RF/數(shù)?；旌想娐贩抡嬷袑崿F(xiàn)與三維電磁場的協(xié)同仿真。 4. HFSS 是基于四面體網(wǎng) 格元的交互式仿真系統(tǒng)。這樣，就存在一個輻射能量與耗損在吸收負載上的無用能量的關(guān)系，一般二米、三米裂縫天線的效率 η在 （ 80～ 90）％ ，也就是說，在發(fā)射狀態(tài)下要損耗能量的 （ 20～ 10） ％ ，天線工作在接收狀態(tài)，同樣也有 （ 20～10）％ 的接受能量被吸收負載所損耗，這對天線來說自然是一種能量的損失。 Khac、 HungYuet、Josefsson 等 對波導(dǎo)寬邊總想輻射裂縫 采用矩量法進行分析。 到二十世紀七、八十年代，隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，電磁場數(shù)值計算成為可能，也使得縫隙天線的分析和設(shè)計上了一個新臺階 。電磁仿真軟件 HFSS 能給出波導(dǎo)縫隙天線 的 2D、 3D 模型和 輻射方向圖， 根據(jù)對方向圖的要求，采用修正 的切比雪夫陣設(shè)計該天線各縫隙的電流分布。 縫隙天線具有輪廓低、重量輕、加工簡單、易于與物體共形、批量生產(chǎn)、電性能多樣化、寬帶和與 有源器件 和電路集成為統(tǒng)一的組件等諸多特點，適合大規(guī)模生產(chǎn)，能簡化整機的制作與調(diào)試，從而大大降低成本。 1948 年 Stevenson 基于 波導(dǎo)的等效傳輸線理論及波導(dǎo)格林函數(shù)，取縫隙長度 λ/2（ λ 為工作波長），導(dǎo)出了各種形式縫隙的歸一化電阻（電導(dǎo)）的計算公式。為了提高雷達目標觀察的分辨力，對天線波束要求越來越窄，也就是天線長度必須增加，但是當天線長度超過脈沖寬度所對應(yīng)的某一范圍時，天線方向性圖就會變壞，甚至失效，這樣天線長度與脈沖寬度之 間就產(chǎn)生了矛盾，這個矛盾不解決，窄波束的大型雷達裂縫天線就無法形成。 HFSS 具有以下特點 ： 1. 具有仿真、可視化、立體建模、自動控制的功能，使得 3D EM 問題能快速而準確地求解。 HFSS 10 新增了一種功能，即使存在這些情況，也能將其分割成最佳的微小網(wǎng)格后，進行電磁場分析。 HFSS 求解微波問題的流程圖如圖 所示。 這種組合造就了陣列天線。在此基礎(chǔ)上，他于1801 年在一篇報告中發(fā)展了惠更斯的光學理論，提出了著名的“干涉原理”，也稱 “波的疊加原理”，并在光學中首次引入了“干涉”的概念。z ()4jk RLJ z ez dzR?? ??? ? （ ） 式中，源點到場點的距離 R 表示為 39。 方向圖乘積定理 構(gòu)造陣列天線的另一個重要理論基礎(chǔ)是方向圖乘積定理。由于遠場坐標已經(jīng)用 ??r, ,?? 表示，而不再是 ?? ,xyz ，因而不會引起混淆。對于面陣或其他形式的陣列天線，這一定理同樣是使用的。 比較式 （ ） 和式 （ ） 可以看出，兩式 具有 對偶關(guān)系： HE ??? 00 ?? ? me pp? （ ） 電流元和磁流元的對偶性 對于載有高頻電流的電流元來說，它兩端等量異號的電荷也隨時間 變化 而變化 ， 可以看作為 一個高頻的電偶極子。這一電場分布與具有相同尺寸的導(dǎo)體振子（又稱互補振子）上的磁場分布（即電流分布）完全一樣。電流沿軸線按正弦律分布 的 對稱振子的遠區(qū)輻射場為： ????? s in c o s)c o sc o s (2 0 klklreIjE jk rd ?? ? （ ） 式中振子的波腹電流 0I 可以用振子表面的波腹切向磁場表示。由于邊緣繞射的干涉，將使方向性圖出現(xiàn)波紋，平板加大，波動減小，波紋數(shù)增多，方向性圖向無限大平板時的方向 性 圖趨近。其歸一化電導(dǎo)值（與波導(dǎo)特性導(dǎo)納之比）可按下式計算 [25]： )(sin 21 axgg ?? （ ） 其中 )2(2co gg bag ??????， x 是縫隙偏離寬面中心線的距離， a 是波導(dǎo)寬邊的尺寸，b是波導(dǎo)窄邊的尺寸， ? 是工作波長， g? 是波導(dǎo)波長。 10TE 橫向電流在波導(dǎo)寬面中軸線處等于零，往兩邊沿逐漸增至最大，所以切割橫向表面電流的寬壁縱向縫隙在中軸線上是得不到激勵的，因而這樣的縫隙不能用作天線，而波導(dǎo)測量線正是利用這個特點，將縱縫開在寬面中心而使輻射損耗最小。在同一根波導(dǎo)上開若干個縫可構(gòu)成直線陣，用若干個開縫的波導(dǎo)可構(gòu)成平面陣。當 2gd ?? 時，稱為諧振式縫隙陣；當 2gd ?? 時，稱為非諧振式縫隙陣。所以這類縫隙陣是窄頻帶的。 在建模過程中，根據(jù)波導(dǎo)縫隙天線理論，在一個隨機的矩形波導(dǎo)的 一個寬邊 開出 20 條縫 ，縫隙關(guān)于寬邊中心對稱，兩條縫隙之間有一定的位移，使之成為天線陣列，因為是端饋式天線陣，所以一端空出用于設(shè)置激勵，另一端堵住用于實現(xiàn)短路 對于寬邊縱向諧 振式駐波陣列， 總體 設(shè)計步驟如下： 波導(dǎo)縫隙陣具有口面效率高、副瓣電平低等優(yōu)良的性能。如圖 所示，在波端口的 Y 矩陣參數(shù)可以等效于距檢測端口 1∕ 2 個波導(dǎo)波長的縫隙中 心的 Y 矩陣參數(shù)，根據(jù)波導(dǎo)縫隙的基本設(shè)計理論，在諧振時縫隙的等效阻抗或?qū)Ъ{為實數(shù)，因此縫隙諧振時有 Im(Y)=0 設(shè)計一個由 20 個縫隙組成的縫隙陣，采用 Chebyshev 電流分布，前 10 個縫隙的電 船舶雷達裂縫天線的設(shè)計 18 平分布由表 給出。 圖 縫隙陣的完整模型 船舶雷達裂縫天線的設(shè)計 22 圖 20 縫波導(dǎo)天線的 S11 圖 圖 20 縫波導(dǎo)縫隙天線的 2D 遠場方向 圖 船舶雷達裂縫天線的設(shè)計 23 圖 20 縫波導(dǎo)縫隙天線的 3D 遠場方向 圖 仿真結(jié)果與分析 通過對矩形波導(dǎo)上開單縫和開多縫的仿真結(jié)果可以看出，在波導(dǎo)上開單縫，其 S11仿真圖上的最佳匹配點 為 GHZ 略小于中心頻率 10 GHZ， 而在波導(dǎo)上開多縫進行仿真時，其 S11 圖的最佳匹配點正好為 10GHZ，達到了理論要求 。 設(shè)計了一種 寬邊縱向諧振式 的波導(dǎo)裂縫天線，通過仿真，驗證了該設(shè)計方案的可行性。 感謝王強碩士對我的幫助。 因此成為了一種重要的天