一种新颖的中心开孔单脉冲毫米波缝隙阵列天线的设计

可以看到天线的副瓣从原来的-26dB抬高到-19dB，原因是中心区激励幅度最大，对天线副瓣的加权比较敏感，失去中心区域的激励后导致天线副瓣恶化变差。对这种非均匀阵的天线如何重新进行副瓣加权优化，我们基于遗传算法（GA）等全局优化算法研究，提出了一种针对这种非均匀阵的全新优化方法，优化后的中心开孔非均匀阵的圆口面激励分布见图4，天线的主面的副瓣经过这种方法优化可以做到小于-25dB，效果十分显著。

图4  基于GA优化的中心开孔的圆口面激励分布

2.2  根据中心开孔的特点考虑缝隙阵元之间的互耦消除

对比均匀阵和非均匀阵副瓣加权后的激励分布（见图1和图4），有两个明显的不同：其一是均匀阵的激励幅度都是中心处为最大，而中心开孔的非均匀阵激励幅度在中心区域为零，最大的激励幅度出现在中心区域周围；其二是均匀阵从中心向天线边缘激励幅度是从大到小缓缓变化，而中心开孔的非均匀阵的激励幅度经过GA副瓣加权优化后幅度变化存在突变情况。所以在设计中心开孔的缝隙阵时，消除阵元间的互耦需要综合考虑中心开孔阵激励分布的特点。

缝隙阵的设计可以由Elloit的三个公式联解完成。其设计公式如下：

3  天线的设计与仿真

3.1  天线阵元数选择

天线的设计实例采用毫米波段。对于毫米波段，由于结构尺寸都非常小，所以要求设计的参数有很好的设计精度。

天线的具体要求是：

频率：35GHz

天线口径138mm,中间开直径为25.4mm的孔。

波导尺寸选择为宽边5.74mm,窄边2.8mm。辐射波导与馈电波导的尺寸相同。经过计算，开孔后的阵面共有300个阵元。天线阵面分为四个区，实现单脉冲天线的和波束与方位俯仰差波束。

3.2  阵元的激励幅度设计

采用GA优化设计，得到圆口面激励分布见图4，其中主面上的激励幅度分布示意见图5。

图5  中心开孔阵面副瓣加权后其主面上的激励幅度分布