[发明专利]CTS天线和VICTS天线慢波结构设计方法

摘要

本发明属于卫星通信天线技术领域，特别是涉及一种CTS天线和VICTS天线慢波结构设计方法，首先，建立基于均匀矩形梳齿慢波结构的平行板波导色散方程模型，建立基于横向辐射枝节的均匀矩形梳齿结构的平行板波导色散方程模型；然后，根据上述的两个色散方程模型，得到横向辐射枝节单元的等效介电常数与矩形梳齿结构参数、平行板波导高度的映射关系；最后，根据VICTS天线设计要求，选择平行板波导高度的变化规律、函数或曲线，根据得到的映射关系，选择不同平行板波导高度下对应的矩形梳齿结构参数。本发明通过对VICTS天线中慢波结构的矩形梳齿进行非线性设计，实现了阵列优化的同时，也保证了天线的增益、驻波比等参数不恶化，甚至是改善。

主权项

1.一种CTS天线和VICTS天线慢波结构设计方法，其特征在于，含有以下步骤：步骤1，建立基于均匀矩形梳齿慢波结构的平行板波导色散方程模型，具体实现过程为，均匀矩形梳齿慢波结构的平行板波导能量沿X方向传播，结构在Y方向上为开放的，矩形梳齿的宽度、周期、间隔和高度分别是a、p、s、h，hwg是平行板波导的高度，b是矩形梳齿顶部到平行板波导顶部的距离，hwg＝(b+h)，则均匀矩形梳齿慢波结构平行板波导的色散方程为：其中，β_m是m次谐波的在X方向上的传播常数，β_m＝β^unp+2mπ/p，β^unp是基模的传播常数，是I区的Z向的传播常数，β₀是自由空间的传播常数，m＝0,‑1次谐波对空间谐波求和项贡献最大，且矩形梳齿结构的色散方程收敛很快，因此采用截断处理，取m＝±3时，截断误差小于10^‑6；是II区的Z向传播因子，β_n是II区n次谐波的传播常数，β_n＝nπ/s,其中n为自然数，Sa是抽样函数；步骤2，建立基于横向辐射枝节的均匀矩形梳齿结构的平行板波导色散方程模型，具体实现过程为，将填充均匀矩形梳齿的平行板波导等效为特性阻抗为Z_c的传输线，横向辐射枝节等效为串联在传输线上的阻抗Z_s，建立CTS/VICTS天线的等效电路模型；慢波加载的平行板波导中，传播常数为β^unp的慢波为导行波，天线主要以‑1次谐波为漏波进行辐射，横向辐射枝节辐射条件下的传播常数由Bloch理论得到：其中，是‑1次谐波的复传播常数，为衰减系数，d是天线阵列单元间距，步骤3，根据步骤1和步骤2所述的两个色散方程模型，得到横向辐射枝节单元的等效介电常数与矩形梳齿结构参数、平行板波导高度的映射关系；步骤4，根据VICTS天线设计要求，选择平行板波导高度的变化规律、函数或曲线，根据步骤3中得到的映射关系，选择不同平行板波导高度下对应的矩形梳齿结构参数，具体实现过程为，步骤401，根据VICTS天线设计要求，选择平行板波导高度变化的策略，以达到副瓣电平控制或是最大辐射效率；根据式(3)计算出某一频率下的波束扫描角度θ₀与等效介电常数之间的关系，β₀是该频率下的自由空间传播常数，通过系统指标θ₀确定需要固定的等效介电常数ε_e；步骤402，根据已经确定的平行板波导高度变化函数和需要固定的等效介电常数基础上，选定需要调节的矩形梳齿的结构参数；在步骤3得到的映射关系中，代入平行板波导高度变化函数和需要固定的等效介电常数，即可得到随着能量传播过程中，矩形梳齿参数的变化曲线。