在波導上開縫隙,然后給波導一端口加激勵,另一端口加匹配負載,這就構成了最基本的頻率控制波束掃描波導縫隙天線,下面簡述一下制作該天線的一套流程(制作同樣的一類天線可能有很多種不同的方法,下面介紹的這種方法是參考李世超博士畢業(yè)論文和自己HFSS調試得到的)

1,確定輻射段波導縫隙的尺寸大小,因為頻率控制波束掃描的角度范圍與波導的寬邊大小有關.在這里需要注意的是波導也起著高通濾波器的作用,隨著波導寬邊a的減小,相同頻帶可控制波束掃描的范圍會越大,但是a又不能太小以至于工作頻帶內的電磁波發(fā)生截止,同時還要注意波導縫隙之間的間距,因為波導縫隙之間的間距起著諧振的作用,要調整好輻射段波導寬邊a,使得在給定縫隙間距情況下,工作頻帶內的電磁波不能發(fā)生諧振,因為諧振會造成電磁波的大量反射,S11會增大,極端情況下可能會損壞激勵源.

2,如第1步中所說,波導縫隙的間距spacing與a是相互關聯(lián)的,這兩個參數(shù)應該放在一起考慮,決定最后的數(shù)值.

3,在a和spacing已經確定的情況下,根據要求波束的3dB寬度來確定來確定縫隙的個數(shù).

4,確定好縫隙的個數(shù)之后我們使用泰勒離散線源綜合的方法來決定每個縫隙所對應的激勵電平的相對值,這一步可以直接調用MATLAB中自帶的函數(shù)taylorwin(N,nbar,SLL),其中N代表離散元的個數(shù),nbar比等副瓣電平的個數(shù)多1,SLL為副瓣相對于主瓣的電平.

5,確定好每個縫隙的相對激勵電平之后可以使用如下的MATLAB腳本來實現(xiàn)每個縫隙對應的等效電導

w = taylorwin(N,nbar,SLL);%w為泰勒線源加權激勵電流相對幅值

wvtool(w);%根據加權幅值計算得理論方向圖

E = w;

my_Eta = 0.95;%波導的輻射效率為95

q = 0.998*;

?

sum_E1 = 0;

for i=1:1:N

??? sum_E1 = sum_E1+E(i)^2;

end

for i=1:1:N

??? sum_E2 = 0;

??? for j=1:1:i

??????? sum_E2 = sum_E2 + E(j)^2*q^(-j+1);

??? end

??? g(i) = E(i)^2*q^(-i+1)/(1/my_Eta*sum_E1-sum_E2);

end

?

上面代碼中有一個變量時q,

上式中α為波導的衰減系數(shù),

6,通過上面的5步我們已知了每個縫隙所對應的等效電導,這時候如果有一個函數(shù)能建立縫隙偏移量與等效電導的關系,那就很方便了,在20世紀40年代,Stvenson就建立過一個關系式,但是Stvenson的關系式是一個理想狀態(tài)下的關系式,它是建立在波導壁厚可以忽略不計且每個縫隙之間的互耦可以忽略不計的情況下的.現(xiàn)在可以用HFSS強大的數(shù)據后處理功能來提取縫隙的等效電導,首先,在HFSS中建立包含大于等于20個縫隙的模型,這20個縫隙為寬邊縱縫,交錯排布在波導寬邊中心線兩側,且縫隙便宜中心線的距離都一樣.在HFSS中把縫隙偏離中心線的距離即為x1,則可以通過HFSS的sweep功能,計算出不同x1下的波導的S參數(shù),S11與S21,然后通過下面的公式來計算平均等效電導:

7,通過第六步得到的縫隙偏移量與歸一化等效電導的關系之后,進行函數(shù)擬合,直接在MATLAB中通過polyfit(x,y,n)函數(shù)進行擬合,調整n的大小使擬合的精度更大,擬合好函數(shù)之后,再通過讓x以非常小的值從0開始增加,通過循環(huán)和比較不斷的計算當前x對應的擬合函數(shù)的函數(shù)值與第5步中已經得到的g進行比較,兩者的差在一定誤差范圍內,就可確定偏移量x的值,通過break退出循環(huán).具體的matlab代碼如下:

clc,clear,close all;

%最小二乘法

x = 0:0.005:0.15;

y = [0.001239384,0.001667973...

,0.002993508,0.005512285,0.008892704,0.012968573...

,0.018929357,0.024938498,0.032564238...

,0.040874192,0.050573142...

,0.060854472,0.07255587...

,0.084913181,0.099446698...

,0.115426632,0.130904108...

,0.148498844,0.167513957...

,0.187750528,0.208779898...

,0.231795327,0.255660391...

,0.281502673,0.30737657...

,0.33553278,0.366063294...

,0.397578221,0.429640458,0.466627845,0.495283742];

subplot(3,1,1)

plot(x,y)

g = [0.0064 ??? 0.0089 ?0.0146 ?0.0247 ?0.0398 ?0.0599 ?0.0848 ?0.1147 ?0.1502 ?0.1913 ?0.2371 ??? 0.2865 ?0.3381 ?0.3883 ?0.4261 ?0.4310 ?0.3870 ?0.3077 ?0.2358 ?0.2089];

N = length(g);

n = 6;%n為擬合的最高項次數(shù)

y2 = zeros(1,length(x));

p = polyfit(x,y,n);

for i=1:1:n+1

??? y2 = p(i)*x.^(n+1-i)+y2;

end

subplot(3,1,2)

plot(x,y2)

x1 = 0;

my_delta = 0.0005;

for i=1:1:N

??? for my_x = 0.0000:0.0001:0.15

??????? eqn = p(1)*my_x^6+p(2)*my_x^5+p(3)*my_x^4+p(4)*my_x^3+p(5)*my_x^2+p(6)*my_x^1+p(7);

???????

??????????? if abs(eqn-g(i))<my_delta

??????????? xx(i) = my_x;

??????????? break;

???????????

??????? end

???????

??? end

end

subplot(3,1,3)

plot([1:N],xx)

?

上面代碼中剛開始的x即為HFSS中提取縫隙參數(shù)時縫隙的偏移量,y即為x所對應的等效電導,這二者之間的轉換關系由第6步中的函數(shù)確定,可以直接把從HFSS中提取出來的S11和S21的值導入到excel表格中(以.csv的格式),然后再Excel表格中很快就可算出等效的g值.

代碼中xx即為最終的縫隙偏移量

整個設計流程結束.