[發(fā)明專利]CTS天線和VICTS天線慢波結構設計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711410199.5
• 申請日: 2017-12-23
• 公開（公告）號: CN108073770B
• 公開（公告）日: 2019-11-08
• 發(fā)明（設計）人: 雷雪;高峻;陳國虎;張毅;徐志堅;李天鵬;劉錚;胡浩明;魏進進;張剛
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍戰(zhàn)略支援部隊信息工程大學;鄭州信大先進技術研究院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 鄭州大通專利商標代理有限公司 41111
• 代理人: 石丹丹

本發(fā)明屬于衛(wèi)星通信天線技術領域，特別是涉及一種CTS天線和VICTS天線慢波結構設計方法，首先，建立基于均勻矩形梳齒慢波結構的平行板波導色散方程模型，建立基于橫向輻射枝節(jié)的均勻矩形梳齒結構的平行板波導色散方程模型；然后，根據上述的兩個色散方程模型，得到橫向輻射枝節(jié)單元的等效介電常數與矩形梳齒結構參數、平行板波導高度的映射關系；最后，根據VICTS天線設計要求，選擇平行板波導高度的變化規(guī)律、函數或曲線，根據得到的映射關系，選擇不同平行板波導高度下對應的矩形梳齒結構參數。本發(fā)明通過對VICTS天線中慢波結構的矩形梳齒進行非線性設計，實現了陣列優(yōu)化的同時，也保證了天線的增益、駐波比等參數不惡化，甚至是改善。

技術領域

本發(fā)明屬于衛(wèi)星通信天線技術領域，特別是涉及一種CTS天線和VICTS天線慢波結構設計方法。

背景技術

VICTS(Variable Inclination Continuous Transverse Stub)陣列天線由連續(xù)斷面節(jié)CTS(Continuous Transverse Stub)陣列天線發(fā)展而來，典型的平行板波導CTS天線是一種頻掃漏波天線，將CTS天線的橫向輻射枝節(jié)與饋電結構相對轉動，即可實現具有全空間波束掃描能力的VICTS天線。在VICTS天線設計過程中，為實現天線大角度掃描并抑制柵瓣，在CTS陣列中需增加慢波結構設計，一般采用矩形梳齒狀的金屬結構，這種矩形梳齒結構通過周期擾動激勵起空間諧波，讓其快波的諧波分量不斷向外輻射。串饋的CTS天線由于周期的縫隙不斷輻射能量，故靠后的縫隙輻射的能量是遞減的，降低了CTS/VICTS陣列天線的增益。為了控制每一條橫向輻射縫隙的輻射能量盡可能均勻，提高天線系統(tǒng)增益，這時對慢波結構的非線性設計是非常必要的。慢波結構的非線性設計不僅可以使CTS/VICTS天線口徑的幅度分布均勻，還可以對天線陣列方向圖主瓣寬度和副瓣電平進行有效控制，或是應用于特定場景下的相位分布控制陣列設計。

未經過優(yōu)化的CTS/VICTS陣列天線，其單元結構是類周期的(由于陣列非無限長)，各個單元結構之間的參數一致，導波特性也一致。而對陣列口徑幅度分布的控制一般是通過非線性設計平行板波導實現的，此時各個單元結構是變化的，直接級聯各單元會導致增益和駐波比的急劇惡化。為保證準TEM波在非線性平行板波導中傳播相速度恒定，其矩形梳齒狀的慢波結構參數也必須進行相應的設計。而基于非線性矩形梳齒慢波結構的CTS/VICTS天線理論分析難度大，結構設計復雜，目前尚無專門的文獻研究。因此，本專利針對這一問題提出一種CTS/VICTS天線慢波結構設計方法，以解決CTS/VICTS天線設計中陣列優(yōu)化問題。

發(fā)明內容

針對CTS/VICTS天線中副瓣電平控制、初始掃描角度設計時，單元結構的非周期導致的傳播相速度不一致的問題，本發(fā)明提供一種CTS天線和VICTS天線慢波結構設計方法，通過對VICTS天線中慢波結構的矩形梳齒進行非線性設計，實現了CTS/VICTS天線中非周期單元的相等傳播相速度設計，實現了陣列優(yōu)化的同時，也保證了天線的增益、駐波比等參數不惡化，甚至是改善。

為了實現上述目的，本發(fā)明采用以下的技術方案：

本發(fā)明提供一種CTS天線和VICTS天線慢波結構設計方法，含有以下步驟：

步驟1，建立基于均勻矩形梳齒慢波結構的平行板波導色散方程模型；

步驟2，建立基于橫向輻射枝節(jié)的均勻矩形梳齒結構的平行板波導色散方程模型；

步驟3，根據步驟1和步驟2所述的兩個色散方程模型，得到橫向輻射枝節(jié)單元的等效介電常數與矩形梳齒結構參數、平行板波導高度的映射關系；

步驟4，根據VICTS天線設計要求，選擇平行板波導高度的變化規(guī)律、函數或曲線，根據步驟3中得到的映射關系，選擇不同平行板波導高度下對應的矩形梳齒結構參數。

進一步地，所述步驟1的具體實現過程為：