Разработка волноводно-щелевых антенных решеток через взаимодополнение программ CST Microwave Studio и КОМПАС-3D

Аннотация

Рассмотрены основные шаги методики разработки сложных волноводно-щелевых антенных решеток с помощью взамодополняющего применения программы проектирования КОМПАС-3D и электромагнитного моделирования CST Microwave Studio. Изложение шагов методики проводится на примере конструктивно-сложной волноводно-щелевой антенной решетки Kа - диапазона с размерами (117 ´ 30 мм) и двумерным массивом из 64 (2 ´ 8 ´ 4) щелевых излучателей. Для облегчения процесса синтеза конструктивных параметров таких решеток предложено применять трехэтапный процесс: 1) проектирование щелевых антенных излучающих модулей с настройкой на заданный частотный диапазон работы; 2) разработка для них согласованного многоканального делителя мощности; 3) объединение антенных модулей и разветвленного делителя мощности в эффективную антенную решетку с дополнительной подстройкой параметров их согласования. В соответствии с этой последовательностью в рассмотренном примере на первом этапе модуль антенного излучателя с четырьмя щелями спроектирован в программе CST Microwave Studio. После этого на втором этапе спроектирован сложный многоканальный волноводный делитель мощности. Он сначала прорисован в программе КОМПАС-3D с последующим импортированием и расчетом в программе CST Microwave Studio. На заключительном, третьем этапе выполнена сборка и моделирование всей волноводно-щелевой антенной решетки в CST Microwave Studio. При этом полученная диаграмма направленности излучения антенной решетки, функции распределения электромагнитного поля в волноводном тракте и другие электромагнитные характеристики соответствовали требуемым. В то же время наблюдалось малое смещение по коэффициенту стоячей волны (КСВ) рабочей частоты согласования, а также некоторое ухудшение КСВ. Это объясняется тем, что увязка моделей антенных излучателей и волноводного распределителя мощности выполнялась «по идеальным портам». В то же время реальные значения входных сопротивлений в указанных плоскостях собранной конструкции несколько отличаются от идеальных значений. Поэтому для завершения процесса конструктивного синтеза антенно-щелевой решетки следует использовать два подхода: 1) при необходимости сдвига рабочей частоты лучше провести дооптимизацию конструктивных параметров по критерию улучшения согласования; 2) для уменьшения значения КСВ лучше улучшить согласование антенной решетки на ее входе путем настройки согласующего устройства.