毫米波宽带高效背腔天线阵列技术研究

发布时间：2017-08-09 07:38

  本文关键词：毫米波宽带高效背腔天线阵列技术研究

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【摘要】：近年来,通信频带不断向宽频、高频发展,推动了作为通信系统中关键部件的天线向小型化和宽带化发展。因此高性能宽带天线的研制己成为一个紧迫且具有重大意义的课题,尤其是对宽带高效的毫米波天线阵列的研究已经得到越来越多的关注。背腔天线因其本身具有的宽带、高增益、稳定方向图、高效率等优势被广泛研究,本文以其为天线单元,通过研究分析,针对不同的应用设计了三种工作在毫米波波段的宽带高效背腔天线阵列。首先,本文通过采用将阵列中相邻腔体部分重合的方法解决了背腔天线尺寸过大的问题,同时该方法不影响天线的辐射性能,基于此方法,本文分别设计了一个1×8单元的E面背腔天线阵列以及一个4×8单元平面阵,在考虑了馈电网络的损耗后,该线阵和平面阵获得的阻抗带宽分别为79.3%(17.8-41.6 GHz)和58.3%(23.3-40.8 GHz),可实现的最大增益分别为19.8和24.4 dBi。其次,本文设计了一个实现固定波束的八单元串馈线性背腔天线阵列,该天线同样采用腔体部分重合的排列方式,并且针对普通串馈网络引起天线波束随频率变化发生偏移的问题,设计了一个使用复合左右手传输线改善的串馈网络,该天线通过仿真分析和测试验证,最终在19到21 GHz的频带内可以使波束稳定指向+30o,并且在整个工作频带内可实现的增益为11.6-13.8 dBi。最后,为了减小馈电网络引起的损耗,本文设计了一个基于多端口背腔天线的三单元线性阵列。通过设计,该多端口背腔天线既可作为辐射天线使用,同时也是一个一分三功分器。基于该天线设计的三单元阵列最终获得的工作带宽为10%(19-21 GHz),在工作频带内可实现的增益为9.7-11.1 dBi,口径效率高达99.1-123.7%。由于该天线馈电结构简单,该阵列可作为子阵应用到低成本大阵列中。
【关键词】：背腔天线 天线阵列 宽带 高效 波束偏移 低损耗
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN820.15
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 研究工作的背景与意义10
• 1.2 国内外研究历史与现状10-15
• 1.3 本文的主要贡献与创新15
• 1.4 本论文的结构安排15-17
• 第二章 背腔天线及其阵列设计原理及基本理论17-25
• 2.1 背腔天线工作原理17-19
• 2.2 背腔天线的场分布及分析19-21
• 2.2.1 圆形腔体.径场分布19-20
• 2.2.2 椭圆形腔体.径场分布20-21
• 2.3 阵列天线的基本理论21-24
• 2.3.1 直线阵辐射特性分析22-23
• 2.3.2 平面阵辐射特性分析23-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第三章 宽带高增益背腔天线平面阵列设计25-46
• 3.1 引言25
• 3.2 天线单元设计25-31
• 3.2.1 天线单元结构及参数分析25-28
• 3.2.2 天线单元性能28-31
• 3.31×8 单元背腔天线阵列设计31-39
• 3.3.1 背腔天线阵列排布设计31-35
• 3.3.21×8 单元背腔天线阵列结构35-36
• 3.3.31×8 单元背腔天线阵列性能36-39
• 3.44×8 单元背腔天线平面阵设计39-44
• 3.4.1 阵列功分器的结构及性能39-41
• 3.4.24×8 单元背腔天线平面阵结构41-42
• 3.4.34×8 单元背腔天线平面阵性能42-44
• 3.5 本章小结44-46
• 第四章 固定波束的串馈背腔天线阵列设计46-64
• 4.1 引言46
• 4.2 普通串馈八单元背腔天线阵列设计46-51
• 4.2.1 天线单元设计46-47
• 4.2.2 天线阵列设计47-49
• 4.2.3 普通串馈八单元背腔天线阵列结构49-50
• 4.2.4 天线阵列的性能50-51
• 4.3 固定波束的串馈背腔天线阵列设计51-62
• 4.3.1 天线阵列设计原理51-55
• 4.3.2 天线结构55-56
• 4.3.3 天线阵列馈电结构设计过程56-60
• 4.3.4 天线阵列的性能及分析60-62
• 4.4 本章小结62-64
• 第五章 基于多端口背腔天线的三单元阵列天线设计64-74
• 5.1 引言64
• 5.2 多端口背腔天线设计64-68
• 5.2.1 天线设计原理64-65
• 5.2.2 天线结构65-66
• 5.2.3 多端口天线参数分析及仿真结果66-68
• 5.3 基于多端口背腔天线的三单元阵列天线设计及其应用68-73
• 5.3.1 三单元阵列天线结构69
• 5.3.2 三单元阵列天线性能及测试结果分析69-72
• 5.3.3 基于多端口背腔天线的三单元阵列天线应用72-73
• 5.4 本章小结73-74
• 第六章 全文总结与展望74-75
• 致谢75-76
• 参考文献76-78
• 攻读硕士学位期间取得的成果78-79

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 程大军;薛良金;;空间函数电流矩——磁流矩向量在椭圆波导中的激励[J];电波科学学报;1992年01期

2 朱峰,盛克敏,任朗;用于大纵横比物体二维电磁散射问题的推广T矩阵方法[J];电波科学学报;1997年02期

3 薛良金 ,z俏谋，

本文编号：644146