阵列天线单元间的互耦分析与补偿技术

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天线阵列作为高增益天线已被广泛应用于各种通信系统中。然而,在天线阵列中常常因为单元间的互耦使得天线阵列的特性发生根本性的变化。特别当单元间距较小的时候,耦合作用更是不可以忽略的。单元间互耦的存在,使阵列的口径分布、输入阻抗和辐射方向图发生了改变。尤其是在研制低副瓣天线和超低副瓣天线等高性能天线阵时,就需要对天线单元间的互耦进行深入的分析,并做出必要的补偿。可见分析阵列单元之间的互耦影响具有很重要的意义和实用价值。   本文主要是以对称振子阵列为例来分析阵列单元之间的互耦影响,并对其互耦做出一定的补偿,从而依据对称振子和缝隙天线的等效性来说明波导缝隙阵中的互耦影响。文章通过Matlab编程用矩量法计算了半波振子天线上的电流分布,并且和基于矩量法的仿真软件FEKO的计算的结果相比较,验证了程序的正确性。   然后用FEKO仿真计算了均匀直线阵中各单元上的电流分布,说明了阵列天线中阵元间的互耦影响。   为了说明一个不规则波导缝隙阵中的互耦影响,本文重点分析了一个相对应的104元对称振子阵列单元之间的互耦影响,并对其互耦做出一定的补偿。文章首先分析了均匀线阵的互耦影响,通过调节阵列单元的幅度与相位来对其互耦作出一定的补偿。单元的幅度采用泰勒激励加权的方式,然后通过仿真来观察各个单元的阻抗状况,以此对单元的长度进行相应的调节来改变其相位,使每个单元的驻波比达到最小。这样我们就能对阵元之间的耦合做出一定的补偿,改善阵列的性能;其次以均匀线阵为基础分析了包含整个波导缝隙阵轮廓的规则的矩形平面阵。平面阵可以看成横向和纵向线阵的组合,所以我们只需采用和均匀线阵一样的方法来调节各单元的幅度与相位,使各单元的驻波比达到最小;最后对于不规则的对称振子阵列,去掉多余的单元之后,其余各单元间的耦合影响较之前会发生很大的变化。由于阵列形式的特殊性,需要进一步调整阵列的激励幅度分布及各单元的相位,使单元驻波比最小,从而对阵列单元间的互耦做出一定的补偿。   最终结果显示:对称振子阵列总增益为24.5dB,因为对称振子阵列为双向辐射,所以对应单向辐射的波导缝隙阵增益应为27.5dB。阵列E面三个方向(Phi=0,Phi=45,Phi=90)上的方向图副瓣电平均小于-17dB,满足增益不小于27dB,副瓣电平小于-16dB的要求。各端口的驻波特性也得到了明显的改善。说明经过单元的幅度与相位的调节,阵列单元间的耦合得到了一定的补偿,提高了阵列的性能。
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