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考虑到天线需要共形在锥面上，馈线如果太细，那么在实际加工及调试过程中就会比较容易被折断，所以考虑到这些问题，根据微带线特性阻抗设计公式计算，在er=10.2，基片厚度为0.6mm的情况下，输入阻抗为50Ω的馈线宽度为0.6mm;输入阻抗为20Ω的馈线宽度为2.5mm。显然在20Ω时的馈线就比较不容易被折断，所以本文设计单元的输入阻抗为20Ω。

通过在天线单元边缘开槽使微带馈线深入单元内部的方法，能够很好的调节单元的阻抗特性，实现天线单元的匹配，并能有效降低单元的尺寸。

天线单元的结构示意图如图2所示，其中Wf为单元馈线的宽度，Ws为槽宽度，Ls为槽深。

3.2 馈电网络的设计

微带天线阵的馈电方式主要包括串馈、并馈、反射阵面馈电等，并联馈电方式中的T型结功分器具有结构简单、占据空间小、容易实现宽频带等突出优点^[6]，因此，设计中采用由T型结功分器构成的并联馈电网络，使用等幅同相馈电方式。天线单元的输入阻抗为20Ω，阵列总端口的输入阻抗为50Ω，所以首先要利用λ/4阻抗变换线，使20Ω与100Ω阻抗相匹配，通过计算得出λ/4阻抗变换传输线的特性阻抗约等于45Ω，宽度为0.7mm。

通过馈电网络的有效弯折和总体合理布局可大大减小天线阵的大小，图3给出了天线阵馈电网络示意图。

图3 天线阵馈电网络示意图

4 天线阵实测结果

本文根据天线的设计和仿真，研制出小型化GPS锥面共形天线阵的试验样机，并用金属椎体模拟了真实弹头，对研制的天线进行了电特性测量^[7]。图4所示的是天线阵样机平面图。

图4 天线阵样机平面图

在微波暗室、远区条件下，用自制的天线远场自动测量系统在f0=1.575GHz时对该天线的E面和H面方向图进行了实测，如图5所示。

a 天线阵的E面方向图

b 天线阵的H面方向图

图5 天线的实测方向图

从图5a和5b中可以看出，天线阵的E面方向图近似为偏向于共形体底部的一个“8”字形，H面方向图近似全向，满足工程设计要求。

图6 天线阵实测驻波曲线

图6所示的是使用HP8753D矢量网络分析仪对天线进行驻波系数(VSWR)测量的结果。由图6可以看出天线阵的驻波系数小于2的带宽为9MHz，在工作频率f0=1.575GHz时，天线阵驻波系数为1.1。

5 结束语

本文研究了小型化GPS锥面共形天线阵，文中通过调整单元的输入阻抗解决了天线馈线由于过细易折断的问题，并进一步缩小了单元尺寸且在阵元耦合强烈的情况下保证了中心频率，而且稳定了天线的辐射性能，实现了水平全向辐射的工程要求。我们研制出了共形在弹头锥体上的小型化GPS共形天线阵实验样机，并进行了实测，其测量结果研究成果可应用于工程实际，且具有很高的实用价值和推广价值。