柱面共形裂缝阵天线的设计与仿真

3D电磁场仿真软件CST微波工作室®采用有限积分算法，此算法能快速处理时域宽带和电大尺寸问题。有限积分算法中使用了理想边界拟合®（PBA）技术后，与经典的FDTD算法只限于阶梯网格近似（Staircase Mesh）相比，CST微波工作室®不仅保持了结构化直角坐标系网格的所有优点，并且可以对曲线结构进行精确建模，实现了精度与速度的双重保证。CST微波工作室®拥有业内最佳的三维建模界面，可以迅速准确的建立和修改三维几何模型，其时域求解器可在一次激励仿真下就完成全频段参数特性的计算，因此非常适合本问题的建模与仿真。

B. 建模

利用模型的对称性，建模时只需建立一半结构，即可利用对称性完成仿真任务。

该模型由12根辐射波导和两根馈电波导组成。辐射波导之间都有扼流槽，每根辐射波导上都有68个左右的辐射缝隙。天线阵被分成I、II两个子阵，两个馈电波导分别位于两个子阵中。每根馈电波导上都有对应于辐射波导的12个馈电缝隙，金属膜片与馈电缝隙相对应。

辐射缝隙不仅数量多，而且每一根辐射波导上的缝隙并不相同，无法直接使用对称性建模。如果单独建模每一个缝隙，无疑工作量是巨大的。这里采用一种基于CST VBA宏命令的半自动建模方法来简化这一繁琐的过程。

最后仿真用模型如图9所示，I子阵的馈电波导端口设置为端口1，II子阵馈电波导端口设置为端口2。端口1和端口2的幅度比为0.637：1。

C. 仿真结果

使用CST微波工作室的时域求解器，整个裂缝阵天线仿真的总网格数达到142,156,080，精细分辨了裂缝阵和馈电波导金属膜片等微小结构。图10、图11分别给出了中心频率f0下，天线P面与Q面方向图。

图9 波导端口设置

图10 P面增益方向图

图11 Q面增益方向图

可以看出，天线增益达到了38.4dB，P面副瓣电平：-22.1dB，波束宽度为0.6°；Q面副瓣电平-13.3dB，波束宽度为5.6°。仿真结果和理论设计取得了较好的一致。

4 结论

该天线采用了一种新的相位控制的技术，补偿了由于柱面缝隙阵射线路程长度不等所引起的相位差，实现了Q面共形设计，通过CST商业仿真软件仿真验证了方案的正确性，为共形阵列天线的设计又提供了一种新的方案选择。仿真结果表明，天线达到了所需的指标要求，其主要技术指标有：P面半功率波束宽度：0.6°，P面副瓣电平：-22dB，Q面半功率波束宽度：5°～6°，Q面副瓣电平：-12dB左右，增益大于37.7dB，与理论设计非常吻合。