一种紧耦合阿基米德螺旋直线阵列天线的设计与仿真

发布时间：2020-08-10 14:34

【摘要】：基于紧耦合结构的超宽带相控阵设计是一种完全不同于传统阵列设计的新思路,利用阵列单元之间的耦合来提升阵列的性能,阵列的带宽不再受限于单元的带宽,低频性能得到很大提升,单元变得小型化,横向面积大大减小,宽角扫描能力得到提升。本文基于紧耦合天线设计理论,以具有线极化特性的一维紧耦合阵列为出发点,设计了具有圆极化特性的一维紧耦合天线阵。首先分析了具有线极化特性的一维紧耦合阵列。单个贴片偶极子在7GHz附近表现出阻抗的宽带特性,但是带宽较窄;对其非紧耦合16元线阵仿真,阵列单元与独立天线单元的阻抗特性基本一致,阵列阻抗带宽并未展宽。对单元末端具有重叠型耦合结构的16元阵进行仿真,阵列单元在3~6GHz表现出阻抗超宽带特性,并且具有45°的宽角扫描能力。在线极化的基础上,研究了具有圆极化特性的超宽带相控阵。从H.Nakano的1986年提出的小型阿基米德螺旋天线出发,对其进行条带等效以及对几种单元间距的非紧耦合5元阵的圆极化特性和扫描特性进行研究。加巴伦的非紧耦合5元阵的工作频带为5~6.5GHz,几种阵元间距的非紧耦合排阵在扫描情况下均没有表现出稳定的圆极化特性。最后,从紧耦合的思想出发,设计了单元末端具有半条带耦合结构的紧耦合阿基米德螺旋条带线阵。以紧耦合5元阵为基本研究对象,对其耦合结构的几个关键参数进行仿真分析。加巴伦的紧耦合5元阵在各种扫描情况下的工作频带基本都为5~6.5GHz,在扫描方向的圆极化带宽与阻抗带宽基本一致,在扫到45°时仍具有1GHz的圆极化带宽。平行地研究了紧耦合8元阵特性,不加巴伦的紧耦合8元阵与5元阵特性基本一致;加巴伦的紧耦合8元阵各种扫描情况的工作频带为5~6.5GHz,与紧耦合5元阵一致,但在扫描情况下的圆极化带宽相对于紧耦合5元阵来说有所减小。
【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
【图文】：

图1.1文献[5]中 Vivaldi 天线6 年，J. D. S. Langley 设计了一种应用于超宽带相控阵的平衡对踵，如图 1.2，该天线具有 40 倍频的工作带宽，文中对天线单元的微改进，巨大地提升了 Vivaldi 天线的带宽性能。

图1.1文献[5]中 Vivaldi 天线，J. D. S. Langley 设计了一种应用于超宽带相控阵的平衡对图 1.2，该天线具有 40 倍频的工作带宽，文中对天线单元的进，巨大地提升了 Vivaldi 天线的带宽性能。图1.2文献[6]中平衡对踵 Vivaldi 天线单元

3图1.4文献[8]中相控阵实物图上慢并且平滑的结构，使得开槽-缝隙这类天线可以完成从传输线空间空间波的平滑转化，阻抗变化平缓，阻抗带宽具有超宽带特其不可避免的缺点。例如在 Vivaldi 天线设计中，其输入阻抗匹配，并且带线也起着耦合馈电的作用，这就加大了带线馈电的设计，同时 Vivaldi 天线的工作带宽和天线的尺寸紧密相关[9]，高度决定致组阵之后天线阵剖面过高，不易共形。

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本文编号：2788208