引言

 

daoyintoushizhenggejingquezhidaowuqizhongzuijuhexindiweidezixitong
，qixingnengyouliezhijieyingxiangjingquezhidaowuqidexiaoneng。xiangkongzhendaoyintoushidaoyintoutizhifazhandeyigexinlingyu

，ruoyaojiangxiangkongzhenjishuyongyuleidadaoyintouguanjianshiyanzhikegongxing、低截麵、小型化、輕型天線陣列。

 

 

微帶天線是２０世紀７０年代初期研製成功的一種天線，在１００ＭＨｚ到５０ＧＨｚ的頻帶上獲得大量應用。與通常微波天線相比，微帶天線的主要優點是：體積小
、重量輕、剖麵薄，成本低
，易於共形，不擾動裝載裝備的空氣動力學性能
，非常適合在導彈
、火箭和衛星上應用。因此微帶天線很適合作為天線陣列單元應用於相控陣雷達導引頭中。

 

 

然ran而er，微wei帶dai天tian線xian的de一yi個ge缺que點dian是shi功gong率lv容rong量liang較jiao低di，為wei了le具ju有you更geng遠yuan的de探tan測ce距ju離li，相xiang控kong陣zhen導dao引yin頭tou需xu要yao有you較jiao大da的de發fa射she功gong率lv
，若ruo要yao將jiang微wei帶dai天tian線xian陣zhen應ying用yong於yu導dao引yin頭tou，必bi須xu考kao慮lv微wei帶dai天tian線xian陣zhen所suo能neng承cheng受shou的de最zui大da發fa射she功gong率lv。文wen中zhong以yi微wei帶dai天tian線xian功gong率lv容rong量liang的de計ji算suan方fang法fa為wei研yan究jiu重zhong點dian，論lun證zheng微wei帶dai天tian線xian陣zhen列lie在zai相xiang控kong陣zhen導dao引yin頭tou中zhong應ying用yong的de可ke能neng性xing。

 

(以上為射頻百花潭配圖）

 

１ 相控陣雷達導引頭發射功率計算

 

雷達導引頭的作用距離和其發射功率之間的關係：

 

 

式中：Ｐａ為導引頭發射機功率（Ｗ）
；Ｐｍｉｎ為接收機靈敏度（Ｗ）；λ為工作波長（ｍ）；δＴ為目標散射截麵積（ｍ２）；Ｇ 為天線陣的增益。Ｌ 為雷達能量傳輸損耗，由於估算天線陣的輸入功率

，因此此處隻計天線的損耗。假設微帶天線陣的輻射效率為７０％，則Ｌ ＝１．４３。式（１）中導引頭發射功率與作用距離的四次冪成正比，因此發射功率的主要限製因素是作用距離。

 

為在一定作用距離情況下利用式（１）jisuanxiangkongzhendaoyintoumeigetianxiandanyuansuoxufashegonglv
，shouxian，xuyaotaolunxiangkongzhentianxianzengyidejisuanfangfahezhenlieshejifangfa。ranhou，genjuxuyaojisuanmeigetianxiandanyuandefashegonglv。

 

１.１ 天線陣增益

 

假設如圖１所示的一個有限陣元的平麵均勻天線陣
，每個天線單元分配的麵積為Ａ，假設θ是所考慮方向（目標視線方向）同最大輻射方向之間的夾角
，則單個天線在該方向上的增益為：

 

那麼天線陣在該方向上增益可用下式計算

 

那麼天線陣在該方向上增益可用下式計算，其中ｎ為天線單元數。

 

圖１　平麵均勻天線陣示意圖

 

１.２ 天線陣設計

 

應ying用yong於yu導dao引yin頭tou的de相xiang控kong陣zhen安an裝zhuang在zai圓yuan柱zhu形xing的de彈dan體ti中zhong，因yin此ci陣zhen列lie應ying排pai列lie成cheng圓yuan形xing麵mian陣zhen
，為wei了le增zeng大da天tian線xian陣zhen的de發fa射she功gong率lv，應ying在zai有you限xian口kou徑jing條tiao件jian下xia盡jin量liang增zeng多duo陣zhen元yuan數shu目mu。方fang形xing陣zhen列lie可ke在zai保bao持chi陣zhen元yuan間jian耦ou合he較jiao小xiao的de情qing況kuang下xia，在zai較jiao小xiao的de口kou徑jing內nei填tian充chong較jiao多duo的de天tian線xian單dan元yuan，在zai每mei個ge單dan元yuan的de發fa射she功gong率lv一yi定ding的de情qing況kuang下xia

，獲huo得de較jiao大da的de空kong間jian合he成cheng功gong率lv。考kao慮lv有you效xiao陣zhen元yuan數shu采cai用yong８×８的矩形陣；為了滿足阻抗匹配要求
，在有效矩形陣的四周邊緣各增加一個虛陣元（隻有陣元
，不與其它負載和有源器件相連），形成１０×１０的矩形陣（如圖２所示）。ｘ 和ｙ 方向陣元間距ｄｘ ＝λ／２。

 

圖２　矩形陣布局平麵示意圖

 

１.３ 天線單元發射功率計算

 

根據需要導引頭主要參數如表１所示。若天線單元間距離為半波長
，導彈導引頭天線波束的掃描角在（－４５°，４５°）內，按照式（２）天線單元最大輻射方向增益為１．５７，當掃描到最大掃描角時天線單元增益為１．１１。

 

表１ 雷達導引頭經驗參數

 

則若按照圖２布陣，可以布成２３×２３陣列，除去兩邊的虛陣元

，實際為２１×２１陣列。天線陣列在掃描角為零時的天線陣增益為６９２，為２８．４ｄＢ，當掃描到４５°時
，天線陣的增益為４９０
，為２６．９ｄＢ。

 

若導引頭的各參數如表１所示，根據式（１），當天線掃描到４５°時，仍需保證導引頭的作用距離為２０ｋｍ，可計算得到平均發射功率為６４Ｗ。由經驗可知精確製導雷達發射脈衝功率大約為平均功率的１０００ 倍，所以得到天線陣的發射脈衝功率為６４０００Ｗ。２１×２１的陣列，可安裝４４１個單元以上，則天線單元的平均功率為０．１４５Ｗ，脈衝功率應為１４５．１Ｗ。

 

２ 微帶天線功率容量的估算

 

利用微帶天線的傳輸線模型

，可將矩形微帶天線視為與貼片同寬的傳輸線連接兩個間距為Ｌ defengxizuchengdexitong。yinci，tianxiandeoumusunhaohejiezhisunhaoyinqifare
，daozhitianxiandanyuandewendushenggao，zuizhongxianzhijuxingweidaitianxiandepingjungonglv，erdaotihedibanzhijianjiezhidejichuandianyazexianzhifengzhigonglv。

 

２.１ 平均功率容量

 

shouxiankaolvtianxiandeoumusunhao

，chanshengdereliumidu，jiashetianxiandejiedibansanrelianghao，youyutianxiandejinshutiepianchuanrejiaokuai，yincikerenweioumusunhaochanshengdereliangzaitiepianshangjunyunfenbu，liyongweidaitianxiandechuanshuxianmoxing
，kejiangjiezhihouduweiｈ、寬度為Ｗ 、長度為Ｌ 的矩形微帶天線視為圖３所示的平行結構，由於矩形貼片天線的Ｗ 通常較大，該結構的等效寬度Ｗ′可用下式計算：

 

 

其中，假設微帶天線的輸入功率為１Ｗ，由貼片的損耗產生的發熱功率為：

 

圖３　微帶天線的等效平行結構

 

其中ａｃ為用分貝表示的貼片的衰減係數。在設計微帶天線時微帶天線的寬度Ｗ 通常按照下式確定：

 

 

如Ｈｏｗｅ報道過微帶天線在Ｓ 波段成功工作在１０ｋＷ
，在Ｘ波段成功應用於４ｋＷ。若與天線寬度相同的微帶線的特性阻抗為Ｚ０，Ｖ０為天線單元能經得起的最大電壓，則最大峰值功率為：

 

 

Ｖ０與基板材料和空氣的耐壓強度有關，幹燥空氣的耐壓強度為３０ｋＶ／ｃｍ
，而基板材料的耐壓強度一般比較大
，如４３５０基板材料的耐壓強度為３３．２ｋＶ／ｍｍ，當基板厚度為０．５ｍｍ 時
，工作於１０ＧＨｚ時的微帶天線峰值功率容量為１７２．２ｋＷ。還可通過增大天線單元邊界與基板邊界的距離增大Ｖ０，因此選擇適當的基板材料，其峰值功率容量可以滿足文中第一部分計算的相控陣雷達導引頭對天線峰值功率容量要求。

 

３ 結論

 

文中對導引頭的相控陣天線進行了總體設計，主要得到在一定的作用距離條件下，微帶天線單元所需的功率容量

；zhongdianyanjiulejuxingweidaitianxiandegonglvrongliangdejisuanfangfa，jisuanjieguobiaoming，zaishidangxuanzeheshidejibancailiaodejichushang，weidaitianxiandegonglvrongliangkeyimanzuxiangkongzhenleidadaoyintoudexuyao。

 

 

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