低副瓣的案例
基于HFSS軟件24GHz雷達(dá)天線設(shè)計(jì)
本次設(shè)計(jì)采用微帶形式，設(shè)計(jì)一款24GHz雷達(dá)天線，天線實(shí)現(xiàn)低副瓣，高增益。雷達(dá)天線系統(tǒng)多采用一發(fā)一收形式，為有效降低收發(fā)天線之間的耦合，設(shè)計(jì)一款蘑菇形隔離結(jié)構(gòu)，有效降低耦合，仿真效果表明，天線性能良好。
關(guān)鍵詞：24G雷達(dá) 微帶天線 HFSS 低副瓣 高隔離度
1． 天線單元設(shè)計(jì)
微帶天線通常是在薄介質(zhì)板一面附著金屬導(dǎo)體作為接地板，另一面加金屬 貼片而形成的。金屬貼片通常是矩形的，也可以是圓形或者其他不規(guī)則形狀， 當(dāng)改變金屬貼片的形狀時(shí)，微帶天線的工作頻率、增益、方向性等都會(huì)隨之而 改變。常見的微帶天線的饋電方式主要有：通過同軸線在天線背面進(jìn)行背饋、 通過微帶線在天線側(cè)面進(jìn)行側(cè)饋、通過微帶貼片或者波導(dǎo)縫隙在天線背面進(jìn)行 耦合饋電。微帶天線主要是通過貼片邊緣與接地板之間的縫隙進(jìn)行電磁輻射的， 因此微帶天線也屬于一種縫隙天線。由于所選取的介質(zhì)板厚度一般都比較薄， 遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)，因此微帶天線是電小天線。
本次設(shè)計(jì)采用經(jīng)典的矩形微帶形式，為了有效調(diào)節(jié)饋線與天線的阻抗，采用嵌入形式的饋電結(jié)構(gòu)。
圖一 單元結(jié)構(gòu)
圖一是單元結(jié)構(gòu)，單元的優(yōu)化是重點(diǎn)，關(guān)鍵變量是貼片長(zhǎng)度L，寬度W，嵌入的長(zhǎng)方形長(zhǎng)度Ls與寬度Ws，這個(gè)大小并沒有具體值，經(jīng)驗(yàn)來(lái)說(shuō)，一般是L的三分之一長(zhǎng)度，寬度為饋線二到三倍。饋線一般考慮到實(shí)際加工，多采用70-100歐姆的微帶線。
饋電端口的設(shè)置有一些技巧，一般為了方便優(yōu)化，采用波端口形式，波端口有嵌入功能，并且是匹配的，這里要嵌入到貼片跟前，優(yōu)化邊緣阻抗為實(shí)數(shù)。這里設(shè)置優(yōu)化目標(biāo)為100歐姆。
二．饋電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)
饋電網(wǎng)絡(luò)采用串并聯(lián)形式，如下圖。
圖二 饋電網(wǎng)絡(luò)
饋電網(wǎng)絡(luò)要保證兩個(gè)重要指標(biāo) 其一，四個(gè)單元同相位，其二，達(dá)到低副瓣抑制電流效果。調(diào)相位可以采用微帶線延遲進(jìn)行調(diào)節(jié)；低副瓣一般是通過微帶阻抗變換，達(dá)到抑制電流的效果。
展開 基于cst的ku波段陣列天線設(shè)計(jì)
圖2 天線設(shè)計(jì)模型
圖3天線S11
圖4 天線3D增益圖
圖5 E面與H面方向圖
圖4和圖5可以知道，線陣的增益在17dBi，副瓣控制在20dB以下，然后將此陣列組合成面陣，如下圖
圖6 平面陣
圖7 波束掃描
根據(jù)圖6和圖7可以看到，平面陣列增益約25dBi，在掃描的情況下，-50到50deg范圍內(nèi)，均可以保持低旁瓣，增益下降在2dB左右，隨著掃描角度的增加，3bB波束寬度有所增加。
總結(jié)
本文設(shè)計(jì)了一款工作在Ku波段的低旁瓣陣列天線，首先設(shè)計(jì)低旁瓣的線陣，進(jìn)而組合成面陣，面陣在15.5GHz增益達(dá)到25dbi，在50度范圍內(nèi)，波束實(shí)現(xiàn)掃描，并且保持低的旁瓣效果。
最后，有相關(guān)需求歡迎通過公眾號(hào)“320科技工作室”與我們聯(lián)絡(luò)
展開 基于CST相控陣天線快速設(shè)計(jì)方法
為了有效減低副瓣，采用泰勒綜合功能
上圖可知，在周邊幅度盡量小，中心大，這樣可以有效得到低副瓣。
生成陣列模型，運(yùn)行仿真。
有源s11如下
副瓣電平-29.8dB，3db波束寬度為4.8deg。
三.實(shí)現(xiàn)波束掃描
接下來(lái)進(jìn)行30度掃描只需在參數(shù)指定最大方向theta為30deg即可
上圖可知最大方向?yàn)?0deg 。
CST相對(duì)于HFSS軟件來(lái)說(shuō)，占用內(nèi)存相對(duì)較小，上圖是整個(gè)模擬情況的日志，仿真總的占用內(nèi)存約3.2G，網(wǎng)格數(shù)量為8864208，仿真總的耗時(shí)為1小時(shí)6分5秒，使用的是i5的5代4核筆記本。
最后,有需要?dú)g迎通過公眾號(hào)聯(lián)系我們:
320科技工作室
網(wǎng)址: http://www.320technology.cn/
展開 基于相位補(bǔ)償方法的天線增益提高
基于介質(zhì)透鏡
介質(zhì)透鏡可以很好的滿足天線陣列對(duì)小型化、高增益、低副瓣、多波束等性能的追求，其基本原理可以借鑒光學(xué)透鏡的相關(guān)理論來(lái)解釋。毫米波透鏡天線與旋轉(zhuǎn)拋物面或雙曲面等反射面天線作用效果相似，即可以將低增益、寬波束天線饋源輻射匯聚為高增益、筆形波束輻射，從而極大地提高天線的增益，減小了陣列規(guī)模，降低副瓣電平。
基于相位補(bǔ)償超表面
利用相位補(bǔ)償超表面實(shí)現(xiàn)高增益的機(jī)理與介質(zhì)透鏡類似，只不過介質(zhì)透鏡是通過改變介質(zhì)厚度來(lái)實(shí)現(xiàn)插入相移的調(diào)節(jié)，而相位補(bǔ)償超表面則是利用周期性結(jié)構(gòu)單元尺寸的改變來(lái)實(shí)現(xiàn)插入相移的調(diào)節(jié)，相位補(bǔ)償超表面一般為平板結(jié)構(gòu)，相較于傳統(tǒng)的介質(zhì)透鏡，具有較好的低剖面特性。
本文基于相位補(bǔ)償超表面技術(shù)，充分依托仿真軟件FEKO、HFSS以及CST，開展天線增益提高的仿真實(shí)踐，一步步拆解基于相位補(bǔ)償超表面的天線增益提高的實(shí)施過程。不同于傳統(tǒng)的科研論文，文章不僅會(huì)介紹相關(guān)理論、設(shè)計(jì)以及結(jié)果，更會(huì)全面介紹設(shè)計(jì)過程依賴的仿真軟件、如何設(shè)置以及源代碼的介紹，幫助讀者在理論理解的基礎(chǔ)上，立即開展仿真實(shí)踐，以便快速進(jìn)入研究狀態(tài)。
正文
機(jī)理分析
喇叭天線的遠(yuǎn)、近場(chǎng)分析
基于FEKO的component Library中喇叭建模模塊，輸入工作頻率，可以一鍵快速建模喇叭天線，饋電端口一波端口進(jìn)行激勵(lì)。
喇叭天線的遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖以及縱切面的電場(chǎng)分布如圖所示，天線增益為20dB，對(duì)比未加開口喇叭的波導(dǎo)（增益為8dB），增益要顯著提高，通過對(duì)比喇叭和波導(dǎo)的近場(chǎng)幅相分布，可以一窺其原因。
展開 
