采用印刷振子的赋形天线阵

3五个印刷振子组阵

3.1概述

如图，印刷振子所组成的阵列，天线辐射单元为5单元，并固定在多层介质板上，在阵列中的适当位置加装了反射板，并使馈电微带线从其中穿过(另一面馈线接地)，且与反射板不接触。

图4印刷阵列模型

3.2仿真合成方向图

由于合成后要求为赋形方向图，赋形宽度60º，如图：

图5要求的赋形方向图

因此，对五个天线的输入信号必须进行合理的幅度和相位的匹配，以使合成的方向图能达到要求的效果。

按照用户图5的方向图要求，5个单元总体的赋形角度为60度，因此每个单元的平均角度为12度，按照图5的要求，从零度开始，每隔12度，对应一个幅度电平值，将其转化为分贝值，则可得出5个天线单元的相对幅度分布值为：0dB、-0.58dB、-1.2dB、-2.04dB、-3dB，这样就要求合成方向图的半功率波束宽度即要达到60º，这对后续馈电、功分网络的设计具有指导意义。

印刷振子的馈电方式对其辐射特性有较大的影响，因为馈电方式直接影响振子的电流分布。当前除了常用的同轴线背馈外，主要有两种馈电方式：一种是馈电微带线直接与印刷振子相连，即：微带馈线直接与振子中间相连，两侧振子电流方向相反，E面z轴方向辐射为零。还有一种是微带共面线分别与振子两臂相连，其与自由空间半波振子线馈电相似，因此最大辐射方向为z轴方向。通过仿真验证，决定选择第一种馈电方式，因此，第一个单元与第五个单元输入信号的初相位相差180º。通过输入相应的幅度和相位值，得到多组合成后的方向图，在此过程中发现合成方向图有如下规律：

（1）幅度的变化影响较小，幅度按三角形分布。（2）第2和第4单元相位值对方向图整体影响较大。（3）相位减小，可使方向图相应的部位降低。

由相关理论知：对一个阵列天线，其沿Z轴等距分布（z=0,d1,2d1......(n-1)d1，d1为相邻两个天线单元的间距）即均匀步进相移激励，得其阵主波瓣的指向为：，为相邻阵元的相移差，波束最大值指向角在4~8º之间，且5个单元均相同，因此的范围就在4~8º之间，这样根据上述公式即可得到相应的的值，即相邻两个天线单元之间的相位差值。通过计算，得到相邻振元相移差为3.4º左右。将此相位差输入到CST中，按照相应的计算，得其合成方向图为：

图6印刷阵列仿真方向图

该合成图五个馈电端口的幅度和相位按照前文所述的幅度和相位的差值，并分别给其赋予一定的初始值，从而得出一系列合成方向图，在这一系列图中，通过比较筛选，选择了如上图所示的合成方向图。

此图中3dB波束宽度能够满足60º的要求，主波束的偏向角也基本符合4~8º之间的要求。在图5和图6中均匀地取几个点，分别看其对应的角度和电平值（dB值），通过对比这两幅图中的这些取点的角度和幅度值可以发现，两图相同角度对应的电平值非常相似，有些点甚至相同，从而说明图6的仿真结果基本上达到了赋形的目的和要求。对后续馈电网络的设计，可由相应的幅度和相位的要求及仿真的结果，提供参考设计依据。

4馈电网络

在已知天线单元设计无误的情况下，即要对馈电网络进行计算设计，由于五个天线单元的功率分配差值为：0dB、-0.58dB、-1.2dB、-2.04dB、-3dB，因此需对第一个天线单元的功率量进行赋值，即：对第一个单元赋值-5.6dB，则其相应后续的单元的功率值为：-6.18dB、-6.8dB、-7.64dB、-8.6dB，因此按照dB的定义有：10lgx1=-5.6，所以即功分量，后续的功分量分别为：x2=0.241、x3=0.21、x4=0.172、x5=0.138。

这样，故初始值取5.6是合适的。

图7功分器示意图