半封闭贴片天线和高性能溅散板馈源的研究

发布时间：2020-09-24 10:25

　　近些年来,具有小型化、低成本和交叉极化低的微带天线成为微带天线研究的主流。然而,微带天线的一个缺点就是:交叉极化差。因此,具有低交叉极化特性的微带天线研究意义重大。对于抛物面天线来说,支撑馈源的支架会降低了天线的辐射效率。具有高性能的溅散板馈源研究意义重大。本文主要工作如下:(1)提出了半封闭贴片天线(semi-closed patch antenna,SCP antenna)结构。利用两排均匀短路金属柱连接贴片的非辐射边和地板,改变天线边界条件:贴片辐射边边缘安置磁壁;贴片的非辐射边安置电壁,与贴片电壁以及地板电壁相连构成一个半封闭电壁腔。基于腔体模型理论,计算非辐射边的远场方向图,证明其辐射对E面和H面的交叉极化贡献为零。计算第一高次模TM02,证明它是贡献H面交叉极化的主要成分。仿真和测试结果表明半封闭贴片能有效抑制贴片天线H面的交叉极化,天线H面的交叉极化降低到-34dB以下。(2)提出了一种高性能溅散板馈源结构。导波介质棒连接圆波导和副反射面,调节圆波导内各个同轴圆台的高度和半径,实现馈源匹配。通过仿真分析,该馈源具有旋转对称的方向图、良好的匹配性,验证了馈源设计是合理。馈源在10.50GHz～11.53GHz带宽内实现VSWR≤1.1。运用高匹配性馈源的双反射面天线系统在10.50GHz～11.43GHz带宽内VSWR≤1.1。该双反射面天线系统拥有旋转对称的方向图、高增益和相当低的回波损耗特性。并且加工难度小,可为工程提供良好的理论依据。
【学位单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN822
【部分图文】：

电流分布,交叉极化,贴片天线,微带天线

为了降低贴片天线的交叉极化，很多方法都在被使用，下面对三种典型的结构做简逡逑单介绍：逡逑（１）在贴片上切割特殊形状缝隙技术，降低单个微带天线的交叉极化［３］，如图１．１逡逑所示，在金属贴片上切割裂缝，特别得提Ｕ－ｓｆｏｔ。然而新的谐振点造成新的电流分布阻逡逑止正确极化以及减少天线的增益。Ｕ－ｓｔｏｔ的形状应该被合适构造来减少不想有交叉极化。逡逑严格要求Ｕ－ｓｌｏｔ的参数设计来降低交叉极化现象。但是，基于金属贴片上切割微带缝隙逡逑的设计方法还不够系统，等效电路的提取也还不够成熟简便。最为重要的是，由于该结逡逑构在设计Ｕ－ｓｔｏｔ的参数复杂性，设计结构非常不容易。逡逑一逡逑Ｃ，逦－１？逡逑Ｃ，逡逑—：邋逦逦？５逡逑一￣？￣￣￣—逡逑图１．１缝隙贴片天线的布局逡逑（２）缺陷地板（ＤＧＳ）技术，微带天线的交叉极化也得到很好的抑制％如图１．２逡逑所示

主视图,贴片,接地板,主视图

逦（ｂ）逡逑图１．２带特殊形状缝隙的接地板结构的矩形贴片（ａ）俯视图．（ｂ）主视图逡逑（３）低交叉极化微带天线阵如图１．３所示［５］。在天线阵里，馈电网络将电磁波从天逡逑线端口分配到金属探针连接的每一个单元贴片上。每个送到贴片的信号就是每个单元的逡逑激励，天线的方向图由激励和空间位置以及单元辐射贴片的方向图共同决定［５］。逡逑：逦Ｈ逦Ｈ逦：逦？逦Ｈ逦Ｈ逦：逡逑？逦？逦|r逦攀逡逑？逦＋逦Ｉ逦＊逦４逦￣逡逑ＶＶ？＋逦：逦Ｖ＊邋＋逦？？Ｖ逦：逡逑：逦Ｈ逦Ｈ逦：逦Ｈ逦Ｋ逦：逡逑？逦■逦？逦？逡逑？？逦４逦＊逦？逦－逦？逡逑、？？？逦Ｖ＊邋？逦：逦、，？？逦Ｖ逦：逡逑⑷逦（ｂ）逡逑Ｈ逦Ｈ逦丨：逦Ｈ逦Ｈ逦：逡逑？邋？邋？邋？逡逑？邋＊逦－逦；逦＋逦－逦；逡逑Ｖ＊＊逦＊？邋Ｖ逦；逦Ｖ”逦Ｖ逡逑￣￣￣￣＿？邋ｖ逦ｒ－－－￣￣￣ｉ逦￣１逡逑：逦？逦－逦：逦：逦Ｈ逦Ｈ邋：逡逑？邋？邋？邋？逡逑＊逦Ｈ逦Ｈ逦：逦：逦？邋？邋Ｖ逦Ｖ邋？邋？逡逑（ｃ）逦（ｄ）逡逑图邋１．３邋２ｘ２子阵分布（ａ）－（ｄ）［５］逡逑点标记馈电探针的位置，Ｈ端口信号产生水平极化场，Ｖ端口信号产生垂直极化场。逡逑在分布Ａ里，每个单元都有相同的方向，天线的交叉极化抑制将被单元所决定；在分布逡逑Ｂ里，最上面的两个贴片可以平移到最下面的两个单元形成２ｘ２的阵，这个阵是的天线逡逑的交叉极化得到明显的改善。但是不期望的旁瓣电平将会出现在水平场面上。在分布Ｃ逡逑里

辐射方向图,溅散板,馈源,紧凑型

为了提高双反射面天线的辐射效率，改善馈源匹配的很多方法都在被使用，下面对逡逑２种典型的结构做简单介绍：逡逑（１）为抛物面天线设计的一个紧凑型溅散板馈源［６］，如图１．４所示。该馈源设计的逡逑目的是为了得到一个满足阻抗匹配和辐射方向图抛物线反射天线。导波介质棒用于连接逡逑圆波导和溅散板副反射器。导波介质棒的使用不仅实现了不需要支架而带来的低遮挡面逡逑积，而且通过调整连接部分介质棒的设计参数，还可以调整天线的阻抗。另外还有一些逡逑在溅散板的背面加上扼流圈来抑制辐射不需要的方向。波纹栅栏是抛物线反射器显着的逡逑改进天线的前后比，以达到更好的效果性能。但是，介质棒无论在圆波导内部还是在外逡逑部，都需要设计数量繁琐的参数，这使得该馈源在设计、布局、以及工业加工上提出了逡逑更大的加工难题。逡逑：，＾３７６＾＞邋￣＿１？：邋￣逡逑ｒ７邋ｒ５邋－邋一邋Ｌ：—邋＿逦；邋ｖ邋｜逡逑ｒ９邋ｒＳ逦ｒｓ逡逑逦逡逑＇ｌｈ邋＇逡逑图１．４紧凑型溅散板馈源的横截面图［６］逡逑４逡逑

【相似文献】