耦合馈电微带阵列天线设计

发布时间：2020-04-09 08:01

【摘要】：耦合馈电微带阵列天线是近年来的热门研究方向,阵列采用电磁耦合方式馈电,不仅能够有效地展宽天线带宽,还使得天线的微带辐射部分和馈电网络都能选择自己最佳的设计,提高阵列设计的自由度和灵活性。此外,基片集成波导作为一种新型的导波结构,在阵列天线中发挥着重要的作用。本文基于耦合馈电微带阵列天线发展的新趋势,结合项目的实际需求,研究并设计了适用于无线通信系统和汽车防撞系统的微带阵列天线。本文的主要研究内容包括:1.设计了一款可在MIMO系统中应用的8通道接收微带贴片天线阵列,每副接收天线均是由微带贴片天线组成的1×3阵列,8个接收通道对应的天线等间距排列。首先采用降低等效电路Q值和缝隙耦合馈电等宽频带技术,设计了宽带的微带贴片单元。然后利用并联馈电方式来设计三等分功分网络,结合同相微带传输线来实现等幅同相馈电。在5.25GHz～5.8GHz的工作频带内,每副接收天线的电压驻波比均在2.0以下,增益保持在1O.OdB以上。该MIMO接收阵列天线结构紧凑,通道之间的耦合影响小,隔离度均在15dB以上,而且通道一致性良好,能够很好地应用于无线通信系统中。2.设计了一款采用微带串馈线与SIW缝隙耦合馈电组合馈电的4×10微带阵列天线,该阵列天线具有赋形波束方向图。在方位面对应的一维阵列设计中,选用边馈微带矩形贴片作为天线单元,采用切比雪夫综合得到满足副瓣电平要求的阵元幅度分布。为了减小馈线损耗,采用了串联馈电设计。以锥形微带渐变线与普通微带传输线组合的馈线形式,实现了单侧5元串馈微带阵列的馈电幅度分配及阻抗匹配。在此基础上,采用差分进化优化算法对俯仰面的方向图进行波束赋形,得到4元子阵的馈电幅度及相位分布。为了实现俯仰面内的赋形波束,选用基于SIW的馈电网络实现既不等幅又不同相的电流分布。该馈电网络由SIW-缝隙-微带线耦合结构、SIW功分器、SIW移相器和锥形SIW-微带线转换器构成。通过优化调节馈电网络的各部分结构参数,使其达到赋形波束的激励要求。最终实现的阵列天线俯仰面波束指向θ=30°左右,增益大于14dB,副瓣电平小于-9dB。测试结果表明该阵列天线具有良好的辐射性能,能够用于汽车防撞雷达系统。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN820

【参考文献】