《電子技術(shù)應(yīng)用》
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一種用于FOD檢測(cè)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(cè)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(cè)結(jié)果表明,，理論結(jié)果和測(cè)試結(jié)果吻合，具有較高的工程實(shí)用性,。
中圖分類號(hào)：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(cè)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(chǎng)跑道上對(duì)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(dòng)植物等[2]。跑道上的異物對(duì)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(chǎng)跑道異物檢測(cè)方法是人工巡視方法,，此方法完全依賴人力,，存在檢測(cè)效率低下及容易漏檢等問題[4]。因此FOD檢測(cè)設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)是一種能夠自動(dòng)探測(cè),、定位和上報(bào)FOD信息的機(jī)場(chǎng)常設(shè)設(shè)施[5-7],。到目前為止，世界上主要的機(jī)場(chǎng)跑道異物檢測(cè)和自動(dòng)識(shí)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(chǎng)跑道已經(jīng)開始嘗試異物自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),。上述4個(gè)已經(jīng)投入使用FOD異物檢測(cè)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(duì)微小目標(biāo)的探測(cè)[10],因此對(duì)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(zhǎng)短、單元數(shù)多,，對(duì)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(duì)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(zhǎng)來控制幅度相位，在這個(gè)頻段對(duì)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(cè)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(cuò)率比較高,，對(duì)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(cè)試，與仿真結(jié)果進(jìn)行了比較,，實(shí)測(cè)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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