共形天线及共形天线阵综述

１振子天线 ． 振子天线属于 线天线范畴 。对称振 子天 线是一种应用广 泛且 结构 简单 的基 本线天线 ，本文 以对称振 子为例 ，介绍 其 工作 原理 。对称振 子天线是 由两根粗细和长 度都相 同的导 线 构成 ，中间为两个馈电端，如图 １所示 。假 如天线上 的电流 分布是 已知 的，则由电基本振子的辐射场沿 整个导线积分 ， 便得对称振子天线 的辐 射场。然而 ，即使振 子是 由理想导体 构成，要精确求解这种 几何结构简单 、直径 为有 限值 的天线 上的 电流分布仍然是很 困难 的。实际上 ，对称振 子天线可看
２０ Ｏ ９年第 １期 （ 总第 １ ３期 ） １
大 众 科 技
ＤＡ ＺＨＯ ＮＧ ＫＥ Ｊ
ＮＯ １。 ０ ９ ． ２ ０
（ ｍｕａｉｅ ０１ ） Ｃｕ Ｉｔ Ｉ Ｎ ．１ Ｖｙ ３
共天 形线 及形 线综 共天 阵述
赵 刚 （ 西安黄 河集团有 限公 司，陕西 西安 ７ ０４ ） １０ ３
一
定角度 ，切割波导窄边的横 向电流 。隙缝 ４为使隙缝长度
谐振于工作频 率而 切入波导宽边 的隙缝 ，通 常使用的窄边隙 缝大多数 为此种 形式，若此隙缝与波导窄边垂 直平 行，则隙 缝不被激励 ，因而 不向 自由空间辐射 。此种 隙缝 与波导等效 的传输线并联，又称波 导窄边并联 隙缝 。 波导宽边 隙缝 （ ２隙缝 ３ ，此种 隙缝既切割波导内壁 图 ） 的横 向电流又切割波 导 内的纵 向电流 ，此种 隙缝称 为并一 串
召 开的共 形阵天 线会 议 ，一个 密切相 关 的相控 阵天线 会议
（９ ２ １ ７ ）由 Ａ Ｍ］ ｌ ７ 在 Ｐ Ｂ ａ 硼 ｎ ｄ １ ，纽 约 召 开 ； Ｒ ｆ ９ ０年 Ａ Ｉ ，Ｆ ｒ ｉ ｇ ａ ｅ 它 包 括 共 形 阵方 面 的一 个 会 议 。其 他 的 会 议 ，如 阵 天 线 会 议 ， １７ ９ ２年 ２月 在 Ｎ Ｌ 次 召 开 ， 这 个 会 议 上有 较 多 的共 形 阵 Ｅ Ｃ再 在
缝天线 。
５ 微 带天线分为 ：矩形微 带天线、 圆形微带 天线、圆环 ．
形微带天线 、圆极化微带天线 。
６ 共形天 线阵分为： 圆柱 形天 线阵 、球面 附近 的圆形天 ．
线 阵和球 形天 线阵、锥体表面 附近 的直线、 圆形和 二维天线 阵。
（ ）各 类天 线工 作原 理及 特二
１ 一般特 征 ：（ ）共 形阵能与载体共形 ，不破坏载体 的 ． １ 机械结构 。（ ）不仅 可以节省空间 ，而且可 以快速无 惯性 扫 ２
描 。（ ）对 于不 同 的 共 形 阵 天 线 ，一 般 以下 三 种 情 况 时合 适 ３
形阵天线 问题的研究 。共形 阵天线不仅 能排 除通 常的整流罩
【 中图分类号】Ｔ ２ Ｎ８
【 文献标识码 】Ａ
【 文章编号】１０ —１５ （ｆ】０ ０ ３ — ３ ０８ １１２ （）卜 Ｏ６ ０ ）９
随着航空 、航天 中飞机 、火箭、导弹、卫星等各种 飞行
器 的发 展 ，近 代 空 间 无 线 电 电 子 设 备 大 量 在 飞 行 器 上 应 用 ， 如 附 图 １ 、３所 示 。 飞行 器 的天 线 多 至 几 十 种 。 有 的尺 寸 、２ 比 飞行 器 的本 体 还 要 大 ， 有 的 就 是 飞 行 器 大 部 分 表 面 ，如 阿 波 罗号 载 人 飞 船 上 有 １ ５种 天线 （ 图 ２所示 ） 附 ，分 别装 于指 挥 舱 、 服 务 舱 和 登 月 舱 上 ，供 飞 船 与 地 面 、舱 与 舱 、 飞船 与 登 月航 天 员 、 月 面 与 地 面 之 间 联 络 用 。 由此 可 见 ，天 线 与载
天线 ，适合在全 向性 的通信 系统中使用 。对 于类似 的全波振 子或鞭天线 ，都有着相像 的方向图 ，故而在不要 求方 向性 的
通 信 车 或 坦 克 中应 用 较 多 。
波导 宽边纵 向偏置隙缝（ ２隙缝 １ 由简称为纵 向隙缝。 图 ）
此种 隙缝 切割波导宽边 的横 向电流，若将 此隙缝放置在波导 宽边 中心 线时 ，则不切割波 导电流 ，因此缝隙将不被激励 。 此种 隙缝与波导的等效传递线并联，因而又称 为并联隙缝 。 波导宽边 中心线上的倾斜隙缝 （ ２隙缝 ２ ，简称为 串 图 ） 联隙缝 。这是 由于此种隙缝与波 导等 效传输线 串联所致 。 波导窄边上的隙缝 （ ２隙缝 ４ ） 图 、５ ，与波导窄边垂线成
一
实验 和计算均表 明， 对于开在矩形波导上的隙缝 Ｅ面 （ 垂 直于隙缝轴 向和波 导壁 面的平面 ）方 向图与理想天线相 比有 定的畸变 。对于 宽边上 的纵缝 由于沿 Ｅ面的电尺寸对 标准 波导来说 只有 ０ ７ ，所 以其 Ｅ面方 向图的差别较大；而开 ．２ 在 宽边上 的横缝 ，随着波导 的纵 向尺寸变长，其 Ｅ面方 向图 逐渐趋 向于理想 的半 圆形 。矩形波导隙缝天线 Ｈ面 （ 过隙 通 缝轴 向并且垂直于波导壁的平面 ） 沿金属面方 向的辐射为零， 所 以波导 的有 限尺寸带来的影响相对较小，因此 其 Ｈ面方 向 图与理想 隙缝天线差别不大 。同时考 虑到波导隙缝天线和理 想 隙缝天 线的辐射空间不 同，波 导隙缝天线的辐射功率相 当 于理想 隙缝天线的一半 ，因此 ，波 导隙缝天线的辐射 电导也
【 摘 要 】共形天线 （ ）是现在天线研 究 中比较 热的一 个领域 ，它能与载体共形 ，而不破 坏载体 的机械性 能，同时共形 阵 天线的性能、结构 、应 用等诸 多方面成为 当今研 究领域 的热点 问题。文章主要 对共形天线的发展 、分类和辐射原理进行 了综述 。
【 关键 词 】共 形 天线 ；共 形 天 线 阵 ；辐 射 原理
及 其 结 构 问题 ，而 且机 械 控 制 ／ 台 也 由快 速 无 惯 性 的 电扫 描 转 代 替 。在 这 个 时 候 ，平 面 相 控 阵 互 阻 抗 的 影 响 ，例 如 ‘ 点 ’ 盲
的 ：①对于 小型 导弹 和火炮弹头的低增益天线 ；②对 于飞机 机身安装 Ｅ Ｍ天线 ；③ 宽角覆盖 的电扫描阵 。（ ）具有特定 ｃ ４ 的 电气指标 ，合适 的结构形式 ，满意 的机械强度及在恶劣 的
是不 同的，只有强有力的数值技术才能给出精确 的结果 。
【 收稿 日期 】２ ０ — １ ２ Ｏ ８ １—１
【 作者简介 】赵 刚 （ ９ ２ ） １８ 一 ，男，供职于西安黄河集团有 限公 司，从事 雷达天馈线调试工作 。
一
３ — ６
（ ）共形 天线 及共 形阵 天线 的分 类 三
条件下能正常工作。
问题开了深入研究 。认为共形 阵天线 的研 究发展能够从平面 阵获得好处 ， 是共 形阵天线独特存在 的曲面 问题必须解决， 但
正 如 所 希 望 的 ，平 面 阵 中 的令 人 满 意 的 互 耦 知 识 在 具 备 所 需 要 的 计 算 工 具后 早 在 １７ 年 就 研 读 过 ，该 知识 包 含 了宽 角 扫 ９０
了 实 际 的激 励 （ 括 了整 个 互 耦 ） 包 ，每 一个 单元 的单 元 波 瓣 也
描和宽带的补偿技术 。以后 的平 面阵工作集中在元器件上和
馈 电技 术上 。
同时 ，一些研讨会促进 了关 于共 形阵这方面工作的技术
交 流 。首先 是 １７ ９ ０年 １月在 Ｎ Ｌ 现 在 的 Ｎ Ｓ ） ａ ｉｇ Ｅ ｃ（ Ｏ Ｃ ，Ｓ ｎＤ ｅ ｏ
图 １ 对 称 振 子 的 辐 射 隙缝 。
２ 隙缝天 线 ． 隙缝天线 自第 二世 界大战 以后又很大 的发展 。他广泛用 于地面 、舰载 、机 载、气象 、信标和 导弹 雷达等领域 。随着 共形天线 的理论和 实践的发展 ，隙缝天线 的使用将 占有更重
要 的 地 位 。波 导 缝 隙 （ 线 ）阵 是 一 种 典 型 的 缝 隙 天 线 ，它 天
本文采用 共形 阵列 天线 的不 同形状进 行分类 ：
大 电流密度处开缝，依靠流经缝 隙的位移 电流 向外空间辐射 。 由 ｓｅｅｏ ｔｒ ｓｎ法 ，不 同缝 隙等效于不 同的集总元件 ，如横缝等 效于 串联阻抗 ，纵缝 等效于并联导纳 ；这样 便可用传输线理 论来分析它 的等 效电路。在实用 中，尤其是在航 天航 空电子 系统中 ，波导缝 隙天 线更一般地是 以阵列 的形式 出现 ，又分 为谐振式 （ 驻波形 ）缝 隙阵和非谐振式 （ 行波型 ）缝 隙阵。 具体到雷达系统 中，相控 阵波导缝隙阵更是屡见不鲜 。 自然 地，对 于它的分析必须要用到相控阵天线理论 。 把 一根波导放在 自由空间，在 波导输入端输入信号 ，波 导终端接匹配负载 。如果在波 导宽边或窄边上切割一个窄 的 隙缝 ，此隙缝将对波导 内壁 电流产 生扰 动，并从波导 内耦合 部分 电磁 能量 向自由空 间辐射 。随着 隙缝切割在波导壁上 的 位置 不同，形成不同 的隙缝形式 。波 导可以切割在波导的宽 边 ，也可 以切割在波导的窄边 。经 常使 用的隙缝天线形式如
图 ２ 切 割 在 矩 形 波 导 壁 上 的 隙缝 形 式
在波 导壁 上的隙缝 由于其切 割波 导 内壁 电流的不 同，其 等效 电路也不 同，并依据此划分缝隙形式。
成是开路传输线逐渐张 开而 成。对线天线更精细 的分析需要 结合 Ｍ Ｍ等数值方法并考虑线径 的影响 。该天线为一个全 向 ｏ
天线资料。 最近的一次会议是在 ｌ７ 年４ ９５ 月在 ｃｙｔｌ ｉｙ ｒｓａ ｔ ， ｃ
Ｖｒ ｉｉ ｉｇ ｎ ａ的一个共形天线 的车间里召开的。 早 期共 形天线应用在一些载体 的表面上 ，如 导弹 蒙皮、 Ｒ ｖ或飞机、火炮弹头或载入运载 工具上 。 一个共形阵天线 Ｐ 第 是使用在圆柱形薄圆筒上 的典型 的一对 卷筒印制 电路缝 。为 了给 出适 当的圆弧 曲线 ，使用 了两个或更多的缝 （ｃ ａ ｂ ｒ Ｓｈ ｕｅ ｔ 等，１ ７ ） ９ ９ 。第二个共形阵天线是放在飞机侧 面或腹 部的典型 小阵，用于有 限扫描 。机 身的 曲率在镇的设计和性能 中是一 个次要 因素 （ ａ ｌｏ ｘ ９ ７ 。第三个是共形天线应用在飞 Ｍ ｉ 】ｕ ，ｌ７ ） 机上 ，但是机体 的曲率起着完 全进 入角色的作用 ，大 的方位