《電子技術(shù)應(yīng)用》
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一種用于FOD檢測系統(tǒng)的V波段波導(dǎo)縫隙陣列天線
電子技術(shù)應(yīng)用 2023年9期
李炎，任沖，尹琰鑫
（北京宇航系統(tǒng)工程研究所，北京 100076）
摘要： 提出了一種適用于跑道異物（Foreign Object Debris， FOD）檢測系統(tǒng)的V波段波導(dǎo)縫隙陣列天線。所提出的陣列天線工作頻帶為74~79 GHz，陣面包含2 048個(gè)單元。天線采用多模波導(dǎo)縫隙陣列天線形式，并設(shè)計(jì)了波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)，具有高增益、低剖面等優(yōu)良特點(diǎn)。天線整體結(jié)構(gòu)厚度10 mm以內(nèi)，輻射效率50%以上。天線的實(shí)測結(jié)果表明，理論結(jié)果和測試結(jié)果吻合，具有較高的工程實(shí)用性。
中圖分類號：TN82 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.234324
中文引用格式： 李炎，任沖，尹琰鑫. 一種用于FOD檢測系統(tǒng)的V波段波導(dǎo)縫隙陣列天線[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2023，49(9)：9-13.
英文引用格式： Li Yan，Ren Chong，Yin Yanxin. V-band waveguide slot array antenna for FOD detection system[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(9)：9-13.
V-band waveguide slot array antenna for FOD detection system
Li Yan，Ren Chong，Yin Yanxin
(Beijing Institute of Astronautical Systems Engineering，Beijing 100076，China)
Abstract： In this paper, a V-band waveguide slots array antenna suitable for FOD detection system is presented. The operation frequency range of the proposed array antenna is 74~79 GHz and the array contains 2 048 elements. The proposed antenna has excellent characteristics such as high gain and low profile by using the form of a multi-mode waveguide slot array antenna and a waveguide power division network. The thickness of the antenna is within 10 mm and the radiation efficiency is above 50%. The experimental results show that the measured and simulated results are agreed well with each other, so it is of good practical engineering application.
Key words : multi-mode waveguide slot array antenna；FOD；high gain；low profile；V-band

0　引言

跑道異物(Foreign Object Debris，FOD)是指出現(xiàn)在機(jī)場跑道上對航空器或系統(tǒng)可能造成損害的各種外來物質(zhì) [1]。典型的FOD目標(biāo)有：混凝土瀝青碎塊、各類金屬器件、塑料制品、橡膠碎片、動植物等[2]。跑道上的異物對于飛機(jī)等航空器的起飛和降落有極大的安全隱患[3]。傳統(tǒng)的機(jī)場跑道異物檢測方法是人工巡視方法，此方法完全依賴人力，存在檢測效率低下及容易漏檢等問題[4]。因此FOD檢測設(shè)備的發(fā)展趨勢是一種能夠自動探測、定位和上報(bào)FOD信息的機(jī)場常設(shè)設(shè)施[5-7]。到目前為止，世界上主要的機(jī)場跑道異物檢測和自動識別系統(tǒng)有4個(gè)，分別是Tarsier系統(tǒng)（英國）、FODFinder系統(tǒng)（美國）、FODetect系統(tǒng)（以色列）和IFerret系統(tǒng)（新加坡）[8]，一些大型機(jī)場跑道已經(jīng)開始嘗試異物自動監(jiān)測系統(tǒng)。上述4個(gè)已經(jīng)投入使用FOD異物檢測系統(tǒng)功能有一定差異，性能各不相同，但雷達(dá)工作的頻率都是70~100 GHz之間[9]。毫米波雷達(dá)由于其具有波束窄、分辨率高等優(yōu)點(diǎn),非常適合近距離對微小目標(biāo)的探測[10],因此對V波段以及更高頻段毫米波天線的研究尤為重要。

V波段以及更高頻段毫米波天線由于頻率高、波長短、單元數(shù)多，對加工精度有很高的要求，現(xiàn)在很多都是采用微帶天線形式，微帶天線剖面低、成本低，但是由于頻率高、單元數(shù)目多，微帶電路的導(dǎo)體損耗和介質(zhì)損耗很大，對微帶天線一般口面越大輻射效率越低,天線增益大于30 dB時(shí)微帶天線的效率只有20%~30%[11]。反射面天線可以具有很低的副瓣和很高的輻射效率[12]，但剖面尺寸過高不便于結(jié)構(gòu)安裝。傳統(tǒng)的波導(dǎo)縫隙陣天線通過縫偏和縫長來控制幅度相位，在這個(gè)頻段對加工精度要求非常高，由于機(jī)加精度達(dá)不到要求，導(dǎo)致性能較差。

本文設(shè)計(jì)了一種適用于V波段以及更高頻段FOD檢測系統(tǒng)的波導(dǎo)縫隙陣列天線，天線采用多模波導(dǎo)縫隙陣列天線形式，并設(shè)計(jì)了波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)，整體結(jié)構(gòu)緊湊，厚度在10 mm以內(nèi)，輻射效率在在50%以上，具有高增益低剖面的優(yōu)良特點(diǎn)；天線加工容錯率比較高，對機(jī)加精度要求不高，加工了實(shí)物并進(jìn)行了駐波和方向圖測試，與仿真結(jié)果進(jìn)行了比較，實(shí)測結(jié)果與仿真結(jié)果吻合度較高。


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作者信息：

李炎，任沖，尹琰鑫

（北京宇航系統(tǒng)工程研究所，北京 100076）

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