毫米波段連續(xù)波雷達(dá)天線隔離度設(shè)計(jì)

王永華 趙迎超

(西安電子工程研究所 西安 710100)

0 引言

連續(xù)波雷達(dá)具有發(fā)射功率小，電子對抗能力強(qiáng)，距離分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛應(yīng)用，特別是在極近程雷達(dá)測試領(lǐng)域得到了大量應(yīng)用。在連續(xù)波雷達(dá)各項(xiàng)指標(biāo)中，收發(fā)通道隔離度是一個(gè)十分重要的參數(shù)，若隔離度不夠，會(huì)削弱雷達(dá)威力大大降低雷達(dá)作用距離，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成接收通道信號(hào)飽和，雷達(dá)系統(tǒng)無法工作[1]。提高收發(fā)通道隔離度的傳統(tǒng)措施有:加大收發(fā)天線距離間隔，可以十分有效的提高雷達(dá)收發(fā)通道的隔離度，但在一些需要緊湊結(jié)構(gòu)的雷達(dá)系統(tǒng)應(yīng)用方面，無法使用;收發(fā)天線錯(cuò)落布陣，對提高收發(fā)天線間隔離度作用有限;收發(fā)天線間加裝金屬擋板可以提高收發(fā)天線間隔離度，但是金屬檔板太高時(shí)對天線方向圖影響比較大;在接收通道對耦合信號(hào)進(jìn)行中頻對消一般可以提高隔離度－30dB左右，但成本比較高。本文設(shè)計(jì)的收發(fā)天線波束寬度較寬，天線間距只有3個(gè)波長左右，不采取隔離措施時(shí)，天線隔離度只有－44dB左右。通過對收發(fā)天線間電磁耦合通道的分析，收發(fā)天線間電磁耦合主要有金屬框架和天線罩同電磁波感應(yīng)產(chǎn)生的表面波，以及收發(fā)天線副瓣產(chǎn)生的空間電磁耦合等。為了提高天線間隔離度，采用了天線罩與天線結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)，天線罩采用低介電常數(shù)材料，降低天線罩表面波[2]，天線間加裝扼流槽遏制金屬表面表面波傳輸[3]，天線框架貼吸波材料，收發(fā)天線分別安裝具有遏制特定頻率電流傳輸?shù)奈⒉ü庾泳w結(jié)構(gòu)等措施[4－5]，收發(fā)天線間隔離達(dá)到 －85dB。

綜上，Corvis ST對兒童CCT的測量重復(fù)性高，本研究中發(fā)現(xiàn)Corvis ST與SS-1000 OCT測量CCT的差異有一定的臨床意義，雖然二者之間具有良好的一致性，在臨床應(yīng)用時(shí)應(yīng)該考慮到兩者之間的差異，不宜互相替代。Corvis ST通過1次檢查即能獲得多個(gè)參數(shù)的優(yōu)勢可能在兒童眼病的診療方面有一定幫助。

1 收發(fā)天線耦合路徑分析

對于連續(xù)波雷達(dá)，收發(fā)天線間隔離度是關(guān)鍵指標(biāo)，它決定了雷達(dá)系統(tǒng)的性能。本文設(shè)計(jì)的接收天線為單脈沖天線，發(fā)射天線為喇叭天線，收發(fā)天線間距為3個(gè)中心頻點(diǎn)波長，安裝在金屬框架內(nèi)，由天線罩密封。收發(fā)天線波束寬度比較寬，副瓣不到－10dB，由此帶來收發(fā)天線間電磁波空間強(qiáng)耦合;天線罩離收發(fā)天線只有1/4波長的間距，在距離上屬于天線近場區(qū)，天線罩激勵(lì)起比較強(qiáng)的表面波電流;收發(fā)天線共用一個(gè)金屬框架，當(dāng)電磁波到達(dá)金屬框架時(shí)，框架表面與電磁波產(chǎn)生感應(yīng)，生成表面波電流，同時(shí)框架表面反射電磁波形成很強(qiáng)的多徑反射。通過以上分析可知，本文所設(shè)計(jì)的毫米波段連續(xù)波雷達(dá)天線隔離度在沒有采取隔離措施的情況下很差，在多徑反射的影響下收發(fā)天線方向圖也會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的惡化。

針對上述耦合路徑，本文提出了一系列對應(yīng)的解決辦法。

2 提高收發(fā)天線隔離方法分析

2.1 扼流槽的設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的收發(fā)天線安裝在同一個(gè)金屬框架內(nèi)，當(dāng)發(fā)射天線輻射微波能量時(shí)金屬框架表面會(huì)感應(yīng)產(chǎn)生相應(yīng)的表面波電流，當(dāng)接收天線接收到金屬框架表面?zhèn)鬏攣淼谋砻娌娏鲿r(shí)，大大惡化了收發(fā)天線間的隔離度。扼流槽是一種可以阻止特定頻率微波電流傳輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)，它的結(jié)構(gòu)形式為在金屬表面開一個(gè)深度約為中心頻率1/4波長，寬度適中的空氣槽，當(dāng)表面波電流流經(jīng)扼流槽時(shí)，使得電流被阻止通過，從而提高了收發(fā)天線間的隔離度。扼流槽結(jié)構(gòu)示意如圖1。

了收發(fā)天線間的隔離;一部分通過金屬表面的反射形成多徑反射，惡化了天線方向圖。在金屬框架表面安裝微波吸波材料可以有效減少金屬表面的表面波電流與金屬表面反射形成的多徑反射，改善天線隔離度與方向圖。在HFSS仿真軟件中建立微波吸波材料吸波性能的驗(yàn)證模型，通過仿真計(jì)算，加裝微波吸波材料，改善了天線方向圖，提高收發(fā)天線間隔離度15dB。仿真模型，計(jì)算結(jié)果如圖7、圖8所示。

當(dāng)天線安裝在金屬框架內(nèi)時(shí)，天線收發(fā)的微波能量一部分與框架產(chǎn)生感應(yīng)生成表面波電流，惡化

為驗(yàn)證使用上述隔離措施后天線收發(fā)隔離度的改善，在HFSS仿真軟件中建立兩個(gè)計(jì)算模型，一個(gè)模型沒采取隔離措施，一個(gè)模型采用上述隔離措施。圖9為加隔離措施的收發(fā)天線結(jié)構(gòu)。

金屬表面的阻抗比較低，在金屬表面加裝特殊的結(jié)構(gòu)形式形成高阻抗結(jié)構(gòu)以阻止微波表面波電流在金屬表面的流動(dòng)，可以提高收發(fā)通道間隔離度。微波光子晶體結(jié)構(gòu)就是這樣一種結(jié)構(gòu)形式[4]，在微波敷銅板材料上通過腐蝕和金屬化通孔工藝，形成如圖5的結(jié)構(gòu)，它屬于一種LC諧振電路，在諧振頻點(diǎn)具有很高的表面阻抗。優(yōu)化微波光子晶體結(jié)構(gòu)尺寸，可以在需要的頻帶范圍內(nèi)形成高阻抗特性，等效于一個(gè)表面波濾波器。在HFSS仿真軟件中，建立一個(gè)驗(yàn)證微波光子晶體結(jié)構(gòu)提高天線隔離度的模型，通過優(yōu)化它的結(jié)構(gòu)參數(shù)，與沒有采取隔離措施的情況相比，收發(fā)天線間隔離度提高了16dB，計(jì)算結(jié)果見圖5、圖6。

2.2 具有高阻特性的微波光子晶體設(shè)計(jì)

圖1 扼流槽示意圖

圖2 扼流槽等效電路原理圖

圖3 驗(yàn)證模型

圖4 驗(yàn)證模型計(jì)算結(jié)果

在HFSS仿真軟件中建立一個(gè)驗(yàn)證扼流槽效果模型，通過優(yōu)化扼流槽結(jié)構(gòu)，收發(fā)天線隔離度可以提高13dB，模型結(jié)構(gòu)與計(jì)算結(jié)果見圖3、圖4。

2.3 微波吸波材料改善天線性能的作用

扼流槽等效電路原理圖如圖2所示。在扼流槽模型中Z1=0，Zc為金屬面的理想傳輸特性阻抗，Zin為從扼流槽看過去的負(fù)載阻抗，Γ為反射系數(shù)，通過公式(1)與(2)，可以得出扼流槽為全反射結(jié)構(gòu)，從而遏制表面波電流的傳輸。

圖5 微波光子晶體結(jié)構(gòu)驗(yàn)證模型

圖6 微波光子晶體結(jié)構(gòu)濾波效果

實(shí)踐證明，長江河道采砂管理成功最重要的經(jīng)驗(yàn)就是實(shí)行政府行政首長負(fù)責(zé)制，建立了一系列的責(zé)任落實(shí)追究體系。這一系列措施的推行能進(jìn)一步理順河道采砂管理體制，更好地在流域與區(qū)域之間形成職責(zé)明確、層層相扣、互相配合的良性運(yùn)行機(jī)制。

圖7 加吸波材料后隔離效果

3 毫米波段連續(xù)波雷達(dá)天線設(shè)計(jì)

在進(jìn)行二胡獨(dú)奏時(shí)，每個(gè)表演者都有獨(dú)特的演奏風(fēng)格和藝術(shù)魅力，其中演奏習(xí)慣也是個(gè)人風(fēng)格的一個(gè)重要組成部分。而在合奏練習(xí)中，個(gè)人的演奏習(xí)慣要適當(dāng)取舍，在排練中要自覺遵守排練規(guī)則，聽從樂隊(duì)指揮的安排，自覺調(diào)整各聲部的音量和強(qiáng)弱，充分發(fā)揮二胡在樂隊(duì)中的作用，將個(gè)人融入樂隊(duì)當(dāng)中，對于不合時(shí)宜或過于突出的演出習(xí)慣適當(dāng)擯棄。如在翻樂譜時(shí)要和樂隊(duì)保持高度一致，在休止階段注意弓子的擺放位置，盡量保持畫面的統(tǒng)一，不分散觀眾視線。

收發(fā)天線仿真計(jì)算結(jié)果如下:圖10為加隔離措施前后接收天線中心頻點(diǎn)方向圖仿真計(jì)算結(jié)果，圖

稻田淡水龍蝦是水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中的珍品，近年來成為水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)新的發(fā)展點(diǎn)，為水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展注入了新的動(dòng)力。這種養(yǎng)殖模式一方面能充分利用多方面資源，另一方面能實(shí)現(xiàn)龍蝦養(yǎng)殖目標(biāo)。此外，與其他的龍蝦養(yǎng)殖模式相比，該項(xiàng)養(yǎng)殖模式的投入成本較低，盈利時(shí)間較長，對龍蝦養(yǎng)殖行業(yè)和水稻種植業(yè)的發(fā)展都發(fā)揮了很大的推動(dòng)作用，不僅保障了水稻的產(chǎn)量，而且增加了水稻養(yǎng)殖業(yè)的收入，大大提高了這兩個(gè)行業(yè)的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。因此，大力推進(jìn)稻田淡水龍蝦養(yǎng)殖行業(yè)的發(fā)展很有必要。

圖8 吸波材料改善天線方向圖

圖9 加隔離措施收發(fā)天線結(jié)構(gòu)圖

11為加隔離措施前后收發(fā)天線間隔離度仿真計(jì)算結(jié)果。

圖10 加隔離措施前后接收天線方向圖

加隔離措施對收發(fā)天線駐波、天線增益影響比較小;鋪設(shè)吸波材料減少了金屬框架產(chǎn)生的多徑反射，改善了天線方向圖如圖，10所示;本文采用扼流槽技術(shù)、高表面阻抗微波光子晶體技術(shù)、鋪設(shè)毫米波吸波材料等方法改善收發(fā)天線隔離，與未采取隔離措施的情況相比，提高收發(fā)天線隔離度40dB，如圖11所示。

圖11 加隔離措施前后收發(fā)天線間隔離度

4 結(jié)論

通過對連續(xù)波雷達(dá)天線隔離指標(biāo)的分析，收發(fā)天線間主要的耦合通道有:由高副瓣引起的電磁波空間耦合，金屬框架感應(yīng)電磁波引起的表面波，天線罩產(chǎn)生的表面波等。本文采用相應(yīng)隔離措施，收發(fā)天線間隔離達(dá)到－85dB以下。

[1]林昌祿.天線工程手冊[M].北京:電子工業(yè)出版社，2002.

[2]楊樺.表面波對收發(fā)天線隔離度的影響及其解決辦法.航空兵器，2011，1:43 －45.

[3]李杰燃，李亮.天線隔離度及其測試方法分析.艦船電子對抗，2010，33(5):51 －54.

[4]呂波，鄭秋容，袁乃昌.一種改善雷達(dá)收發(fā)隔離的新方法.系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2008，30(8):1595－1597.

[5]鐘順時(shí).微帶天線理論與應(yīng)用[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社，1991.