一種異性化設計的Vivaldi輻射陣列結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于微波天線技術，涉及對輻射器陣列的改進設計
【背景技術】
[0002]Vivaldi天線陣列單元與單元之間存在較強的稱合,對于天線陣列的設計和分析非常復雜。對于設計者而言，逐個單元的陣列設計方法由于計算量的限制僅局限于小規模陣列設計，在電大天線陣列設計通常要么忽視單元間的互耦影響，要么將天線陣列近似為無限陣列。當陣列尺寸比較大時，將其近似為無限陣列進行天線設計的方法非常有效，考慮了陣列單元間的互耦作用，能較好的逼近真實陣列的特性。
[0003]相較而言，目前常用的考慮互耦效應的無限大陣列設計方法可以快速有效地設計大規模陣列的中心單元和近似其電磁性能，缺點是不考慮實際設計中涉及的邊緣效應影響，陣中輻射單元、邊緣輻射單元與其他輻射單元結構設計一致，導致非電大尺寸陣列中的邊緣單元及次邊緣單元有源反射系數嚴重惡化，陣列副瓣電平抬高。
【發明內容】
[0004]本發明提供了一種異性化設計的Vivaldi輻射陣列結構，其特征在于，包括由陣列邊緣到中心位置的邊緣單元、次邊緣單元、陣中單元，邊緣單元、次邊緣單元和陣中單元分別采用不同的輻射結構。
[0005]進一步的，次邊緣單元的確定方法:
[0006]根據設計指標采用無限陣近似方法設計的輻射器陣列結構；
[0007]對輻射器陣列結構采用進行仿真；
[0008]提取輻射器陣列結構各單元仿真得到的有源反射系數；
[0009]根據有源反射系數的結果，如果結果超出設計指標，該單元為次邊緣單元或邊緣單元；
[0010]根據位置排除邊緣單元，得到次邊緣單元。
[0011]考慮實際設計中涉及的邊緣效應影響，陣中輻射單元、邊緣輻射單元與其他輻射單元結構設計進行區分，使得非電大尺寸陣列中的邊緣單元及次邊緣單元有源反射系數得至IJ優化，降低陣列副瓣電平。
[0012]進一步的，邊緣單元、次邊緣單元和陣中單元采用不同的輻射結構具體為采用不同的輻射開槽結構。根據陣列環境中不同輻射單元物理位置有針對性設計的邊緣單元輻射開槽結構、次邊緣單元輻射開槽結構、陣中單元輻射開槽結構。
[0013]異性化設計的Vivaldi輻射器陣列結構包括若干異性化設計的輻射開槽結構、若干相同的饋電結構、若干相同的耦合結構與匹配結構共同組成，電磁波能量由饋電結構傳播，經耦合結構耦合至逐漸變寬的輻射開槽結構底端，大部分直接通過逐漸變寬的開槽結構輻射到自由空間，另一部分傳播至匹配結構后反射，最終也通過槽線結構將電磁波輻射出去。
[0014]由于采用無限陣近似與邊緣效應相結合的有限大陣列設計技術，既考慮了單元與單元間復雜的互耦效應，又考慮了陣列的邊緣效應影響，根據輻射單元在陣列中所處的物理位置不同，有針對性地對輻射陣列進行異性化設計，從而對陣列天線非中心單元進行有效的互耦補償，因此可以較大程度上改善忽略邊緣效應的無限陣近似方法設計的天線陣列輻射性能。
【附圖說明】
[0015]圖1是無限陣近似方法設計的輻射器陣列結構；
[0016]圖2是異性化設計的輻射器陣列結構；
[0017]圖3是異性化設計的輻射器陣列結構局部放大圖；
[0018]圖4是異性化設計的輻射器陣列結構仿真結果。
【具體實施方式】
[0019]一種異性化設計的Vivaldi輻射器陣列結構，包括由陣列邊緣到中心位置的邊緣單元、次邊緣單元、陣中單元，邊緣單元A、次邊緣單元B和陣中單元C分別采用不同的福射結構。
[0020]邊緣單元A設置邊緣單元輻射開槽結構I。次邊緣單元B設置次邊緣單元輻射開槽結構5。陣中單元C設置陣中單元輻射開槽結構6。為保證各輻射單元相位一致性采用若干相同的饋電結構3、若干相同的耦合結構2與匹配結構4，電磁波能量由饋電結構3傳播，經耦合結構2耦合至逐漸變寬的輻射開槽結構I底端，大部分分別通過逐漸變寬的邊緣單元輻射開槽結構1、次邊緣單元輻射開槽結構5、陣中單元輻射開槽結構6輻射到自由空間，另一部分傳播至匹配結構4后反射，最終也通過輻射開槽結構將電磁波輻射出去。
[0021 ] 本發明的工作原理是:電磁能量沿著饋電結構3傳輸到耦合結構2中，通過耦合結構2上形成的電位差而產生電場，大部分電磁能量通過耦合結構2沿著輻射開槽結構1、5、6輻射到空間中，一小部分能量通過耦合結構2耦合到匹配結構3中，再通過匹配結構3的反射，再次通過耦合結構2沿著輻射開槽結構1、5、6輻射到空間中。由于從相鄰輻射開槽結構1、5、6輻射出來的電磁能量在空間中存在耦合，并且由于輻射單元的物理位置不同以及邊緣效應的影響，中心單元與邊緣單元耦合能量的大小也互不相同。因此，通過輻射開槽結構1、5、6的異性化設計，有針對性地改變輻射單元口徑上的電流分布，可以優化輻射單元與相鄰單元的耦合能量，進行考慮邊緣相應的互耦補償，極大提高陣列結構的輻射性能。
[0022]具體實施例
[0023]圖2時本發明的一個實施例，陣列結構由42個輻射單元組成，工作在X波段，其中包括兩個邊緣輻射單元A，四個次邊緣輻射單元B和36個陣中輻射單元C。42個輻射單元均包括相同的饋電結構3、耦合結構2與匹配結構4，而根據每個單元物理位置的不同對42個輻射單元的輻射開槽結構進行了異性化設計。其中兩個邊緣輻射單元A包含輻射開槽結構5，四個次邊緣輻射單元B包含輻射開槽結構2，36個陣中輻射單元C包含輻射開槽結構
6。異性化設計前后，輻射單元間距d均為8.28mm，高度h均為10mm，輻射開槽結構1、5、6在福射器頂端的最大開口 a, b, c分別為8mm, 4.36mm以及0.72mm。
[0024]通過異性化設計，可以使圖1中的初始結構副瓣電平由_23dB改善3dB以上，提升了陣列的輻射性能。圖4給出異性化設計的輻射器陣列結構仿真結果。
【主權項】
1.一種異性化設計的Vivaldi輻射陣列結構，其特征在于，包括由陣列邊緣到中心位置的邊緣單元、次邊緣單元、陣中單元，邊緣單元、次邊緣單元和陣中單元分別采用不同的輻射結構。2.根據權利要求1所述的異性化設計的Vivaldi輻射陣列結構，其特征在于，次邊緣單元的確定方法: 根據設計指標采用無限陣近似方法設計的輻射器陣列結構； 對輻射器陣列結構采用進行仿真； 提取輻射器陣列結構各單元仿真得到的有源反射系數； 根據有源反射系數的結果，如果結果超出設計指標，該單元為次邊緣單元或邊緣單元; 根據位置排除邊緣單元，得到次邊緣單元。3.根據權利要求1所述的異性化設計的Vivaldi輻射陣列結構，其特征在于，邊緣單元、次邊緣單元和陣中單元采用不同的輻射結構具體為采用不同的輻射開槽結構。
【專利摘要】本發明提供了一種異性化設計的Vivaldi輻射陣列結構，其特征在于，包括由陣列邊緣到中心位置的邊緣單元、次邊緣單元、陣中單元，邊緣單元、次邊緣單元和陣中單元分別采用不同的輻射結構。
【IPC分類】H01Q21/00, H01Q1/36
【公開號】CN105680155
【申請號】
【發明人】沈靜, 尤立志, 劉云
【申請人】中國航空工業集團公司雷華電子技術研究所
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2014年11月20日