一种低剖面宽频带相控阵天线的研究

发布时间：2017-07-08 11:04

  本文关键词：一种低剖面宽频带相控阵天线的研究

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【摘要】：常规阵列天线只能辐射定向波束,但在馈电网络部分加上一些移相器等电扫描器件后,就可以实现辐射波束的空间扫描,这样的天线称为相控阵天线。相控阵技术现在有非常多的应用领域,比如在雷达、射电天文、天气预报、空中交通管制、电台广播、移动无线通信等领域已经有着非常多的应用实例,尤其随着4G的广泛部署、5G的积极研究,相控阵技术会在无线移动通信领域有更大的市场发展空间。现在很多相控阵天线都需要低轮廓、宽频带特性。因此,面对相控阵天线的小型化和宽频带等需求,应该有新的研究方法与设计思路。本论文研究并设计了一种低剖面宽频带相控阵天线,主要工作包括:1.研究并设计了一种新型低剖面平面单臂螺旋天线,通过在螺旋臂背部加载金属圆盘调节天线的输入阻抗,可以使天线高度降低到0.119λ_0(传统平面单臂螺旋天线高度的一半左右)时,所设计的新型低剖面天线在宽频带内具有非常好的工作性能。实测结果表明,天线的电压驻波比小于1.45(相对带宽11%),有很好的阻抗匹配特性,且天线在高、低频点的增益大于7dBic,满足对天线单元的指标要求。2.用新型低剖面平面单臂螺旋天线作为天线单元进行了24元流线型阵列布局,减小了载体运动时的风阻。通过在阵列天线的反射板上开孔,将所有天线单元的馈电同轴线的外导体分开,使天线单元、反射板、同轴线之间不构成电流回路,从而降低了单元之间的互耦。阵列天线波束扫描结果表明,波束扫描到天顶方向时,最大增益在高、低频分别为19.3dBic、18.8dBic,交叉极化比在25d B以上,其轴比优于3d B;在要求的波束扫描角域范围内(0°≤φ≤360°,θ≤65°),流线型阵列天线的增益在高、低频点均大于11.5d Bic。3.设计了一个一分二十四的紧凑型微带功分器对24个天线单元进行馈电。通过提出一种具有空间旋转结构的环形功分器,使得整个功分器的结构非常紧凑。同时由于采用了微带线形式,也使得整个馈电网络的剖面特别低。测试结果表明,在工作频带内,所设计的紧凑型微带功分器有很好的传输性能,总输入端口的反射系数在-22d B以下,传输损耗在高、低频分别小于0.5d B、0.3d B;传输一致性较好,24条支路输出信号的幅度最大相差0.4d B,相位最大相差4°;任意两条支路之间的隔离度都在20d B以上。4.对设计的24元流线型阵列天线、紧凑型微带功分器进行了实物加工并与选购的移相器进行了系统组装与测试。测试结果表明,本论文设计的相控阵天线总端口的电压驻波比满足指标要求,在整个频带内小于1.6;波束扫描到天顶方向时高、低频增益分别为17.3d Bic、17d Bic,大于16d Bic,辐射特性也满足设计指标的要求,在要求的整个扫描角域范围(方位角0°≤φ≤360°、俯仰角θ≤65°)内高、低频增益均大于9d Bic。
【关键词】：相控阵天线 低剖面 宽频带 螺旋天线 加载 紧凑型功分器
【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】：2015
【分类号】：TN821.8
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 符号对照表12-13
• 缩略语对照表13-16
• 第一章 绪论16-24
• 1.1 选题的背景与意义16-17
• 1.2 国内外的研究现状17-23
• 1.2.1 低剖面天线及低剖面相控阵天线研究现状17-21
• 1.2.2 宽频带天线及宽频带相控阵天线研究现状21-23
• 1.3 论文的主要内容和主要工作23-24
• 第二章 基本理论24-34
• 2.1 阵列天线基本理论24-31
• 2.1.1 阵列天线综述24-25
• 2.1.2 电磁波的干涉与叠加原理25-27
• 2.1.3 阵列天线方向图乘积原理27-29
• 2.1.4 直线阵列及其辐射特性分析29-30
• 2.1.5 平面矩形阵列及其辐射特性分析30-31
• 2.2 相控阵天线原理31-34
• 第三章 低剖面宽频带相控阵天线方案的设计34-58
• 3.1 相控阵天线方案设计34-35
• 3.1.1 整体方案34
• 3.1.2 相控阵天线设计指标34-35
• 3.1.3 天线单元部分35
• 3.1.4 馈电网络部分35
• 3.2 低剖面宽频带天线单元的设计35-39
• 3.2.1 新型低剖面平面单臂螺旋天线的设计35-37
• 3.2.2 新型低剖面平面单臂螺旋天线的组装与测试37-39
• 3.3 低剖面宽频带流线型阵列天线的设计39-49
• 3.3.1 低剖面宽频带流线型阵列天线的布局40-41
• 3.3.2 低剖面宽频带流线型阵列天线的波束扫描情况41-49
• 3.4 馈电网络的设计49-58
• 3.4.1 紧凑型微带功分器的设计49-57
• 3.4.2 移相器的选择57-58
• 第四章 低剖面宽频带相控阵天线的组装与测试58-72
• 4.1 相控阵天线的组装58-59
• 4.2 馈电通道的测试59-63
• 4.2.1 馈电网络总端口电压驻波比的测试59
• 4.2.2 馈电通道的测试59-63
• 4.3 相控阵天线的测试63-72
• 4.3.1 相控阵天线电压驻波比的测试63
• 4.3.2 相控阵天线波束扫描的测试63-72
• 第五章 结束语72-74
• 5.1 论文研究成果72
• 5.2 需要进一步研究的问题72-74
• 参考文献74-76
• 致谢76-78
• 作者简介78-80

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本文编号：534249