矩形单脊波导缝隙阵特性的研究

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波导缝隙阵列由于结构紧凑、功率容量大且口径分布易控制等优点,近年来被广泛应用于无线电和雷达通信领域。脊波导作为矩形波导的一种变形结构,由于其主模截止频率低、阻抗小以及宽频带等特性受到越来越多的重视。  本文在介绍波导缝隙阵的研究背景和国内外现状的基础上,分析波导缝隙阵在不同缝隙形式下的等效电路,驻波阵和行波阵的原理以及对应的等效电路。在对单脊波导的特性进行分析的基础上,总结了单脊波导截止波长的计算方法和口径综合方法。  采用泰勒口径综合法结合 Matlab编程计算了8缝隙单脊波导缝隙阵的激励和导纳分布,分析了单脊波导缝隙阵缝隙导纳的计算方法,利用HFSS的优化功能提取缝隙参数,建立了矩形缝隙、单圆孔缝隙和双圆弧缝隙的8缝隙单脊波导缝隙阵仿真模型,仿真研究了缝隙阵的特性。结果表明,相对于矩形波导,单脊波导有更宽的工作频带和更好的传输特性,增益高且副瓣低,单圆孔缝隙几乎没有辐射,双圆弧缝隙能有效拓展缝隙阵的带宽,但副瓣会增大,增益会减小。仿真分析了单圆孔缝隙圆孔半径变化以及双圆弧缝隙圆弧半径和圆心距变化对缝隙阵特性的影响,结果表明单圆孔缝隙几乎无辐射且特性与圆孔半径无关,双圆弧缝隙随着圆弧半径的增大,增益下降,副瓣抬高,随着圆心距的增大,增益增大,副瓣降低,圆弧半径和圆心距对3dB波束宽度的影响不大。  缝隙数目较少时,缝隙阵的增益较小,提高缝隙阵增益的最直观的方法就是增加缝隙的数量。在研究8缝隙阵列的基础上,设计了32缝隙的矩形和双圆弧缝隙单脊波导缝隙阵天线,并对天线的特性进行仿真分析。结果表明缝隙数量的增加能提高天线的增益,与矩形缝隙阵天线相比,双圆弧缝隙阵天线有更好的带宽特性,但天线的增益较小,副瓣较高。研究结果可为缝隙脊波导在通信和雷达天线等方面的应用提供参考。
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