樊 品，石恒和

(南京长江电子信息产业集团有限公司，南京 210037)

0 引 言[1]

大型相控阵雷达天线采用分块、自动拆叠的方式，可大大缩短雷达架设、撤收的时间，使雷达机动性能有了质的飞跃，实现了快速转移，从而避免了ARM的攻击，也大大提高了雷达获取情报的能力。

为了获得理想[2]的天线性能，馈电网络的好坏起着举足轻重的作用。由于对天线的重量和体积也提出了苛刻的要求，因此天线在宽度、厚度上都进行压缩以此满足结构上的需要。本单位研制的相控阵天线是由多条行馈组成的平面阵且每条行馈分为三段，每行有数个印刷振子做的天线单元，段与段之间用电缆连接，如图1所示。在设计天线行馈时，很重要的一个关键技术就是馈电网络的设计，它除了要考虑单元之间的互耦[3]，还必须考虑到行馈板线与行馈之间的连接电缆相位、损耗的不一致性，统筹考虑并修正初始电流分布，以获得满足低副瓣要求的行馈口径幅、相电流分布。

图1 1:34行馈分段示意图

1 天线行馈馈电网络设计

1.1 天线行馈馈电网络电流的理论计算

设有一个等间距直线阵，单元数为N，单元间距为d，如图2所示。

图2 N单元等间距直线阵

线阵各单元的泰勒电流分布为

由式(1)就可综合出平面阵列天线中行馈各单元的馈电电流分布，如图3所示。

图3 行馈各单元上电流分布

1.2 天线行馈馈电网络的实现方法

馈电网络分3段(如图1所示)，左、中、右三段各为1分12、1分10和1分12的功分网络，其中中段有二个输出口分别为两边行馈提供能量，这二个端口的指标比其他端口要求更严。行馈馈电网络的指标如下。

34个输出口的幅度在带内起伏度:≤±0.15 dB;

输出端口间隔离度:≥24 dB;

插损值:≤1.0 dB;

各输出端口间相位的一致性:≤±2°;

总输入口的驻波:ρ≤1.3。

根据行馈的电流分布和上述要求，选用板线形式的并联功分网络。由于分段的行馈之间采用了电缆连接，电缆的损耗、相位与板线不一致，再加上辐射单元之间的互耦影响，因此在电流分配到各个端口时需要进行一些调整。

首先行馈连接的电缆选用速比为83%的电缆，其目的就是降低损耗和传输的电长度，但每根电缆的损耗仍然有0.3 dB，在设计馈电网络的口径分布时必须进行补偿，即需重新调整中行馈对两边行馈分配能量的功分器的分配比。电长度的补偿需要考虑电缆、电缆插头及行馈上插座的影响，可以通过测试、仿真相结合的手段找出需要补偿的相位差。其次由于互耦也会影响到口径电流的幅度和相位。在天线阵面中位于阵中单元的互耦的影响基本一致，馈电分布变化不大，但对于阵面边缘的部分单元来说互耦影响就不同了，从而使馈电网络电流分布发生变化;为了得到低副瓣天线性能，在有互耦情况下对口径上的电流分布进行预先处理。通过矩量法的计算，对口径场的最边缘的四个单元的电流的幅度和相位都进行了预补偿，并做成可调节式，然后通过后期的实验进一步调整。

按调整后的电流分布，计算出单个功分器的频率特性，之后按级联原理就可以算出整个馈电网络的频率特性;实践中发现，整个网络的频带特性的好坏主要取决于单个功分器性能尤其功分比较大的功分器(大分配比的Wilkinson功率分配/合成器会引起端口间幅、相离散)，因此调试好单个功分器的性能具有重要意义。

馈电网络在结构上采用双层传输线的形式，结构紧凑，重量轻(壳体、盖板为型材)，体积小，若按传统的设计体积是现在的两倍。另外为了防止由于行馈宽度、厚度压缩引起腔体效应和长线之间出现互耦而出现的高次模，设计时在传输线之间加了隔离墙，从仿真和实测结果看这些隔离墙的作用非常明显。

2 馈电网络的实测结果

由于事先采取了馈电电流补偿，并进行了高频电磁仿真，所以实测基本上除了相位有些调整，其他基本未动，测试结果与理论吻合的还不错，而且一致性非常好。中行馈馈电网络的输出电流、起伏度、相位的实测数据如图4～6所示;同一条行馈整个频带内输出电流与理论值的比较如图7所示，三条行馈馈电网络的输出电流与理论值的差值、起伏度和相位的实测数据如图8～10所示。

3 天线行馈方向图的实测结果

图11～13是在暗室中用平面近场测试法得到的水平方向图，其中图11是单馈中间一条行馈，其余二条接匹配负载，图12是三条同相馈电，图13、图14是模拟垂直方向扫描到10°时的水平、垂直方向图。

图14 小面阵中三条行馈10°馈电时垂直方向图

4 结语

此馈电网络实现了低损耗、高隔离度，带内起伏小，以及接近理论的辐、相分布;馈电网络为双层传输线，结构为铝型材，实现了重量轻，体积小，为天线高机动、低副瓣奠定了良好的基础，达到了预期的目标。用小面阵实测的幅、相电流分布推出的远场方向图在15%频带、垂直方向±10°扫描范围内其水平方向副瓣峰值电平低于－35 dB，用其模拟整个面阵天线方向图可达－40 dB以下，目前在国内(同类型同波段天线的副瓣为－29 dB)处于领先水平[4]。

[1]张光义.相控阵雷达系统[M].北京:国防工业出版社，1994.

[2]樊品，石恒和.小型化的复杂馈电网络的设计和仿真[J].中国电子科学研究院学报，2007，2(6):627-630.

[3]张玉梅，孙绍国，卢晓鹏.宽角宽带偶极子天线单元研制[C]//第八届全国雷达学术年会论文集，合肥:中国科学技术大学出版社，2002:245-250.

[4]石恒和，樊品.有源天线行馈样件评审报告[R].南京:南京长江电子信息产业集团有限公司，2009.