基于相控阵的卫星“动中通”天线技术研究

发布时间：2017-10-25 16:11

  本文关键词：基于相控阵的卫星“动中通”天线技术研究

  更多相关文章： “动中通” 相控阵 圆极化 周期性旋转组阵 瞬时带宽

【摘要】：“动中通”天线技术近年来发展迅猛,在卫星通信领域占有极重的市场份额。顾名思义,“动中通”天线技术最大的优点即为可在移动中通信,即在汽车、轮船等高速移动体之间实时传递信息。传统的“动中通”天线基本可分为三大类:高轮廓、中等轮廓以及低轮廓。其中低轮廓天线可解决风阻、体积、功耗等问题,是动中通天线技术的热门研究方向。低轮廓“动中通”天线的形式有赋形反射面天线、平板天线、相控阵天线等。其中相控阵天线具有快速的波束扫描能力,可在高速移动体上稳定的传输信息。但由于相控阵天线技术复杂、成本较高,因此还没有广泛应用于市场。目前已较成熟的低轮廓“动中通”天线以赋形反射面天线为主。因此,对相控阵天线的研究符合市场需求,有很大的研究空间。本文针对当前市场需求,设计了一种可用于“动中通”系统的相控阵天线。在天线单元的选择上,本文采用微带贴片天线,利用其剖面低、风阻小等优势。分别设计了两种不同的微带圆极化天线单元。采用HFSS及CST两种软件进行仿真。仿真结果显示两种微带圆极化单元均可工作在8GHz到9GHz频带内,半功率波束宽度均可达到±45°,且在半功率波束宽度范围内轴比均能小于3dB。两种单元的区别是一个为单圆极化辐射另一个为双圆极化辐射且单圆极化辐射的天线增益高于双圆极化辐射天线。采用单圆极化微带天线为相控阵天线的基本单元,对阵列天线的组阵方式进行了深入的分析。结果表明,与常规组阵的方式相对比,周期性旋转组阵可以有效降低天线阵轴比,提高天线阵的圆极化辐射能力。因此设计了12×12元阵进行详细的研究,研究结果表明该阵不扫描时增益为26.7dB,与理论计算值误差不超过0.4dB。阵列可在方位面与俯仰面上实现±45°的波束扫描,扫描过程中增益虽有所下降但仍符合技术指标要求。阵列可实现单脉冲测向,差波束零深最深可达到-40dB。在12×12元阵列的基础上采用软件模拟了168×168元阵列的辐射性能,结果显示该阵列基本满足技术指标要求。此外,对“动中通”天线系统的瞬时带宽问题做了研究,分析了影响相控阵天线瞬时带宽的两种重要因素并给出一种工程上可行的解决办法。
【关键词】：“动中通” 相控阵 圆极化 周期性旋转组阵 瞬时带宽
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN821.8;TN927.2
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 研究背景及意义10-13
• 1.1.1“动中通”天线的发展10-12
• 1.1.2 相控阵天线的发展及应用12-13
• 1.2 研究目的及内容13-14
• 1.2.1 研究目的13
• 1.2.2 研究内容13
• 1.2.3 技术指标13-14
• 1.3 论文主要内容及章节安排14-15
• 第二章 阵列天线理论概述15-26
• 2.1 阵列天线分析与综合15-19
• 2.1.1 平面阵列的基本类型15
• 2.1.2 几种常见的阵列综合方法15-17
• 2.1.3 平面阵列的和、差方向图17-19
• 2.2 平面相控阵工作原理19-24
• 2.2.1 相控阵扫描原理19-22
• 2.2.2 相控阵的辐射单元22-23
• 2.2.3 阵列天线中单元之间的互耦影响23-24
• 2.3 大口径平面阵列的瞬时带宽问题24-25
• 2.3.1 限制相控阵天线瞬时带宽的主要因素24-25
• 2.3.2 改善相控阵天线瞬时带宽的主要方法25
• 2.4 小结25-26
• 第三章 圆极化天线单元仿真设计26-41
• 3.1 圆极化单元的选择26-28
• 3.1.1 十字交叉振子26-27
• 3.1.2 平面螺旋天线27
• 3.1.3 微带贴片天线27-28
• 3.2 单圆极化单元仿真设计28-33
• 3.2.1 模型设计28-29
• 3.2.2 仿真结果29-31
• 3.2.3 实物测试结果31-33
• 3.3 双圆极化单元仿真设计33-39
• 3.3.1 模型设计33-36
• 3.3.2 仿真结果36-39
• 3.4 两种辐射单元性能对比39-40
• 3.5 小结40-41
• 第四章 圆极化相控阵仿真与分析41-67
• 4.1 理论计算41-42
• 4.2 阵列圆极化性能的改善42-56
• 4.2.1 普通组阵42-47
• 4.2.2 周期性旋转组阵47-52
• 4.2.3 周期性旋转组阵实物测试结果52-56
• 4.2.4 两种组阵方式对比分析56
• 4.3 小阵仿真模拟56-64
• 4.3.1 电路特性分析58-59
• 4.3.2 阵列不扫描时辐射特性分析59-60
• 4.3.3 阵列扫描时辐射特性分析60-64
• 4.4 满阵模拟64-66
• 4.5 小结66-67
• 第五章“动中通”天线的瞬时带宽问题67-75
• 5.1 相控阵天线的瞬时带宽67-70
• 5.1.1 空间色散67-69
• 5.1.2 时间色散69-70
• 5.2 改善相控阵天线瞬时带宽的方法70-74
• 5.3 小结74-75
• 第六章 结束语75-77
• 6.1 本文工作总结75-76
• 6.2 下一步工作计划及展望76-77
• 致谢77-78
• 参考文献78-82
• 攻硕期间取得的研究成果82-83

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 杨清宗,王颖;用于相控阵天线的光纤真延时技术[J];半导体光电;2002年04期

2 徐晓文;基于测试不变性方程的矩阵分解技术在相控阵天线分析与设计中的应用[J];北京理工大学学报;2002年02期

3 束咸荣,李建新;平面相控阵天线极限扫描空域分析[J];现代雷达;2005年07期

4 ;波音公司向雷声交付首批相控阵天线[J];航天电子对抗;2010年03期

5 洪流;俞石云;刘云志;;车载光控相控阵天线设计[J];微波学报;2010年S2期

6 刘捷;杨春山;韩志奎;杨建华;;相控阵天线实验教学设计与实践[J];空军雷达学院学报;2012年01期

7 王侃;朱瑞平;;相控阵天线的电磁环境分析[J];电子学报;2012年03期

8 阎鲁滨;;星载相控阵天线的技术现状及发展趋势[J];航天器工程;2012年03期

9 潘宇虎;牛宝君;李小秋;高铁;何丙发;;相控阵天线模式项散射特性研究[J];微波学报;2012年03期

10 陈敬熊;相控阵天线的“盲点”问题[J];电子学报;1979年02期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 洪流;俞石云;刘云志;;车载光控相控阵天线设计[A];2010年全国电磁兼容会议论文集[C];2010年

2 尚军平;苏道一;;相控阵天线单元故障鉴别方法[A];2004全国测控、计量与仪器仪表学术年会论文集（下册）[C];2004年

3 何亚东;;一种相控阵天线结构设计[A];2008年电子机械与微波结构工艺学术会议论文集[C];2008年

4 王从思;平丽浩;王猛;徐慧娟;;基于阵元互耦的相控阵天线结构变形影响分析[A];2009年全国天线年会论文集（上）[C];2009年

5 匡勇;于春国;聂晓初;周卫;郭林;;有限扫描固态相控阵天线[A];2009年全国天线年会论文集（上）[C];2009年

6 于晓乐;倪大宁;刘少东;王五兔;;低剖面圆极化六角形相控阵天线的设计[A];2007年全国微波毫米波会议论文集（上册）[C];2007年

7 高军;曹祥玉;文曦;;机载相控阵天线辐射场分析[A];2007年全国微波毫米波会议论文集（上册）[C];2007年

8 曹祥玉;高军;姚旭;;相控阵天线设计[A];2009年全国微波毫米波会议论文集（上册）[C];2009年

9 马津芬;;传热学理论在某相控阵天线温度分析中的应用[A];2005年机械电子学学术会议论文集[C];2005年

10 石吉锋;洪家财;陈丹;;浅谈相控阵天线技术在未来深空探测中的应用[A];2009通信理论与技术新发展——第十四届全国青年通信学术会议论文集[C];2009年

中国重要报纸全文数据库 前3条

1 高阳特;如何成就“星际实时对话”[N];中国航天报;2013年

2 陈佳佳;“每一次都是新的开始”[N];中国航天报;2014年

3 冯卫东;世界最复杂硅相控阵芯片研制成功[N];科技日报;2007年

中国博士学位论文全文数据库 前7条

1 尚军平;相控阵天线快速测量与校准技术研究[D];西安电子科技大学;2010年

2 徐晨;光学真时延相控阵接收机关键技术研究[D];浙江大学;2016年

3 陈曦;相控阵天线相位中心及卫星通信圆极化天线研究[D];西安电子科技大学;2011年

4 樊芳芳;超宽带天线与相控阵天线系统研究[D];西安电子科技大学;2011年

5 刘松华;异向介质与基于EBG的相控阵天线研究[D];西安电子科技大学;2008年

6 赵红梅;星载数字多波束相控阵天线若干关键技术研究[D];南京理工大学;2009年

7 李曙光;面向光控相控阵天线的光纤真时延迟技术研究[D];上海交通大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 王丽萍;相控阵天线快速测量法研究[D];西安电子科技大学;2002年

2 李彪;国产大飞机防撞雷达相控阵天线的设计与实现[D];南京信息工程大学;2015年

3 余安亮;基于光波分复用真时延的波束形成网络的设计与实现[D];上海交通大学;2015年

4 邵雨萌;海事卫星通信系统终端相控阵天线研究[D];大连海事大学;2016年

5 孙正阳;Ku波段动中通变极化相控阵天线[D];北京理工大学;2016年

6 周修宇;微带相控阵天线设计[D];贵州师范大学;2016年

7 仲洛清;500米口径球面射电望远镜的相控阵馈源设计[D];南京理工大学;2016年

8 李国际;毫米波雷达微带相控阵天线研究[D];哈尔滨工业大学;2016年

9 肖润均;圆极化宽角扫描相控阵天线设计[D];电子科技大学;2016年

10 郑贵;宽带宽角相控阵天线的小阵研究[D];电子科技大学;2016年

，

本文编号：1094486