用于高功率微波测量的圆极化微带阵列天线
2022-06-09
陈鹏1，2，宁辉2，景洪2，聂鑫1，2，毛从光1，2
（1.强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室，陕西西安710024；2.西北核技术研究所，陕西西安710024）摘要：在进行高功率微波（HPM）辐射场测量时，测量天线的极化匹配对测量精度影响较大。为提高测量精度，介绍一种微带圆极化阵列天线，采用功分器作为馈电网络，获得了小于1 dB的轴比，与非阵列圆极化微带天线相比，使轴比降低约1 dB。因此，当采用该圆极化阵列天线测量线极化微波的远场辐射时，使极化失配对测量结果的影响由±13%降至± 3.6 %左右。
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关键词 ：辐射场测量；圆极化；阵列天线；高功率微波
中图分类号：TN821+.1?34 文献标识码：A 文章编号：1004?373X（2015）17?0084?03
0 引言
HPM辐射场测量是研究高功率微波辐射特性的重要手段和获得高功率微波辐射功率密度的主要途径。国内外常采用线极化的开口波导[1?2]或标准增益喇叭天线作为测量天线。在实际测量时，需要将开口波导或标准增益喇叭天线的极化方向与电磁场极化方向对准，否则将导致极化失配，降低测量精度。
采用线极化测量天线进行EMI测量时，由于干扰信号极化方向未知，需在每个测量位置改变测量天线的极化方向，以保证测量结果的准确性[3]。圆极化天线能够接收任意极化方向的线极化电磁波，可以在一定程度上减少由极化失配引起的测量误差，且不需事先确定待测信号的极化方向，因此曾有人提出采用圆极化对数周期阵子天线测量电磁干扰的方法[4]。
圆极化天线在HPM 辐射场测量中的应用较少，本文利用微带天线易于组阵的特点，根据特定的方法组成微带圆极化天线阵列，减小了轴比，提高了圆极化纯度，为HPM辐射场测量提供了一种新的测量方式。
1 圆极化微带天线设计与研制
1.1 矩形圆极化微带天线
矩形微带天线的设计尺寸[5]如式（1），式（2）所示：
式中：W 为矩形宽度；L 为矩形长度；fr 为谐振频率；c为光速；εr 为微带介质板相对介电常数；Δl 为边缘效应引起的等效长度变化；εe 为等效介电常数。
在矩形微带天线对角线附近，利用同轴线馈电可以激励起方向垂直，相位差为90°的两个线极化波，从而实现天线的圆极化设计。利用计算软件对馈电点位置和贴片尺寸进行优化，并根据圆极化微带天线的工作频段，得到矩形微带天线的实际尺寸和馈电点位置。根据计算得到的天线参数，经加工得到圆极化矩形微带天线的实物图如图1所示。
3 结论
本文设计并制作了基于90°混合馈电网络的微带圆极化阵列天线，通过将单个天线组成阵列的方式，使单个天线的轴比由2 dB 减小到小于1 dB，减小了高功率微波辐射场测量过程中由极化失配引起的测量误差，提高了测量精度。
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参考文献
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[2] 陈代兵，范植开，黄华.开口波导有效接收面积的测量[J].强激光与粒子束，2004，16（4）：474?476.
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