L波段弹载小型化圆极化天线及宽带圆极化天线研究

发布时间：2020-06-16 19:28

【摘要】：论文结合特定的科研项目展开选题,主要对L波段弹载小型化圆极化天线和宽带圆极化天线展开研究。论文首先介绍了所涉及天线的概念、应用、国内外研究现状、背景及意义,然后对本文的研究内容加以介绍,最后给出了本文的研究成果和值得进一步研究的内容。本文主要的研究工作分为两部分:第一部分研制了安装在弹体尾部的弹载小型化圆极化天线,实现了小型化、圆极化的指标要求;第二部分研制了宽带圆极化天线,其工作频带覆盖了GNSS系统的大部分波段,并在宽频带内实现了良好的圆极化性能。本文研究工作的主要内容可概述为:(1)L波段弹载小型化圆极化天线研制通过分析特定弹载天线的工程指标要求,指出了实现弹载天线小型化、圆极化的技术难点,然后给出了相应的天线设计方案。天线采用高介电常数的介质基板和盖板,同时在辐射贴片上加载缝隙以延长电流路径,达到了缩小天线尺寸的目的;基于带线不等分馈电网络,降低了弹体平台对天线辐射性能的影响,以实现天线圆极化辐射性能。利用仿真软件ANSOFT HFSS对天线模型进行仿真优化,在此基础上加工了天线实验样机。天线的仿真结果和测试结果吻合良好,天线实验样机的整体尺寸仅为24.5×24.5×9.5mm~3,天线的最大长度小于0.1λ_0(λ_0是天线工作频带的中心频率对应的自由空间波长)。在天线工作频带范围内,天线实现右旋圆极化(RHCP)辐射性能,电压驻波系数VSWR≤2.0,轴比AR≤6.4dB,在±20°波束范围内增益Gain≥-6.9dB。测试结果表明天线实验样机的所有电参数基本满足指标要求。(2)宽带圆极化天线研制该部分提出了一种新型的宽带圆极化方环形微带天线。通过分析天线的指标要求,指出了天线实现宽带圆极化的技术难点,然后给出了相应的天线设计方案。天线的辐射贴片由方环形贴片和4个旋转对称的短路“L型”贴片组成,在不同的频率下,辐射贴片的工作区域不同,以此来展宽天线的工作带宽。馈电方式采用宽带移相馈电网络和耦合馈电相结合,进一步拓宽了天线的阻抗带宽,同时实现天线圆极化辐射性能。利用仿真软件ANSOFT HFSS对天线模型进行仿真优化,在此基础上加工了天线实验样机。天线的仿真结果和测试结果吻合良好,天线实验样机的整体尺寸为160×160×31mm~3。在天线工作频带范围内,具有较好的阻抗特性和良好的圆极化辐射性能,天线最大辐射方向处的增益Gain≥5.7dB。
【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】：TN821.1
【图文】：

远区场,球坐标,球坐标系,天线方向图

西安电子科技大学硕士学位论文12图2.2 天线的远区场及其所在球坐标系如图 2.2 所示，在天线远场分析所采用的球坐标下，天线方向图将以一个 3D 立体曲面的形式表示，天线立体方向图能够较为直接而具体地描绘出天线在实际的三维几何空间各个方向上辐射能量的分布情况。3D 方向图有其形象直观的优势，但较为复杂，对其进行数据分析较为不便。有些时候我们更关注某个具体平面的能量分布情况，一般是电磁波传播方向与电场或磁场矢量构成的垂直面，相对应地，它们分别称为 E 面和 H 面。根据天线在某一主平面内辐射方向图的分布特性对其进行分类，可分为全向天线和定向天线。在极坐标系下，天线的某个主平面内的方向图为一个圆，而其正交面内具有两个对称的主波束

示意图,空腔模型,坐标,辐射元

西安电子科技大学硕士学位论文18图2.7 空腔模型及坐标关系示意图在图 2.7 中，天线采用同轴探针馈电方式。该辐射元可等效成中心在点0 0（x ,y）和宽为 d0的电流元。假设馈电总电流为 I0，即0 0 00 0 00,2 20zI d dx x x y yJd ，其他(2-22)对于矩形辐射元，cos cosmn mnm x n yCa b (2-23)2 2mnm nka b (2-24)当0 r mnk k时，代入式(2-24)可计算出 TMmn模的谐振频率2 2( ) ( )2mnrc m nf a b (2-25)当r e 时，则测量结果更趋近于谐振频率，可得2 22mnec m nf a b (2-26)或 22mne15 af ( GHz ) m na( cm )b(2-27)注：上述式中 a 和 b 都为等效尺寸，通常大于对应的辐射元边界长度a 和b 。即

【参考文献】