W波段双波束平面波导缝隙天线设计与实验

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毫米波波导缝隙阵列天线具有结构简单、尺寸小、可靠性高、高角度分辨率等优点,在车载、机载和舰载雷达系统中得到了较为广泛地应用。本文主要针对飞行器导航雷达的双波束需求,研究了一款W波段双波束平面波导缝隙阵列天线。论文的主要内容如下:(1)介绍了国内外波导缝隙天线发展历程,并简述了采用不同工艺,加工不同形式天线的优缺点。(2)介绍了波导缝隙阵列天线的辐射机理以及相关的天线理论,并针对阵列天线开展了综合设计,具体分析了泰勒综合法和切比雪夫法的优缺点。在此基础上,根据泰勒综合法设计并试加工了一款4×12单元X波段双波束基片集成波导(SIW,Substrate Integrated Waveguide)缝隙阵列天线。在10GHz频点实测天线增益为16.8d Bi,3d B波束宽度H/E为14/33°,第一旁瓣电平为-19.6d B。(3)根据项目中期设计指标,本文设计了一款4×32单元W波段双波束波导缝隙阵列天线,并对该天线做了容差分析。同时,针对W波段波导器件加工昂贵和装配契合度要求高的特点,开展了天线加工方式与装配工艺探索研究,选择了高精密数控铣削(CNC,Computerized Numerical Control)加工工艺和真空钎焊装配工艺加工天线,并对该天线进行了实测。在94GHz频点实测天线增益为24.8d Bi,3d B波束宽度H/E为5.5/16°,H/E面第一旁瓣电平为-30/-17d B。(4)根据W波段40×62单元波导缝隙阵列天线设计指标和中期4×32单元阵列天线馈电网络设计中存在的不足,优化设计了具有泰勒分布的天线阵列单元和一分四十路功率分配馈电网络,实现了方向图在H面与E面双维度的低旁瓣设计目标。在92GHz频点天线仿真增益为37.6d Bi,3d B波束宽度H/E为1.8/2.9°,H/E面第一旁瓣电平为-28.2/-20.9d B。考虑到大型阵列天线加工精度问题,本文对该天线关键尺寸进行了尺寸容差分析。
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