一种L频段双圆极化六边形相控阵的仿真研究

发布时间：2020-03-19 21:37

【摘要】：相控阵天线(PAA)主要通过控制激励系数的相位实现波束扫描,具有灵活的波束扫描特性,可以实现对多目标的搜索、跟踪、识别等功能,在雷达、移动通讯等领域应用广泛。在卫星通信系统中主要采用圆极化(CP)PAA,宽角扫描成为研究热点。圆形微带贴片具有加工一致性好、辐射方向图对称、交叉极化低、轴比波束宽度(ARBW)宽等优点。由于阵列互耦的影响,使得阵列辐射方向图与预期方向图出现偏差。本文研究双圆极化的六边形(簇形)PAA,主要工作如下:首先介绍了研究背景和意义,综述了L频段在卫星通信中的应用,描述了圆极化天线的特点,给出了国内外的研究现状。基于微带天线腔模理论,计算了单层圆形微带天线的主模方向图。基于方向图乘积定理,计算了六边形PAA的场强方向图。采用微波多端口网络描述天线的互耦,给出了有源电压驻波比(VSWR)的计算公式。仿真了单层圆极化圆形贴片微带天线(SLCMSPA)和双层圆极化圆形贴片微带天线(DLCMSPA)。其中SLCMSPA的阻抗带宽为20MHz,方向系数(D)为7.46dB,半功率波束宽度(HPBW)为87°,轴比波束宽度(ARBW)为119°。DLCMSPA是在SLCMSPA天线的基础上增加耦合贴片,其阻抗带宽为62MHz,D为8.77dB,HPBW为76°,ARBW为148°。仿真两级分支线耦合器(BLC)作为天线的馈电网络,实现天线的左手圆极化(LHCP)和右手圆极化(RHCP)。采用旋转阵元的方法,基于SLCMSPA单元,仿真了单元间距(d)为0.5个波长(λ_0)二元阵中端口S参数与单元旋转角的关系以确定阵元取向,以及该单元最佳取向放置的簇形七元阵。针对7元和19元SLCMSPA-PAA,建立了天线的仿真模型,得出了阵列的阻抗矩阵、扫描有源VSWR、扫描增益方向图、AR等电参数,并与MATLAB的理论计算结果对比,分析了互耦对阵列辐射特性的影响。研究不同d情况下天线的扫描能力,仿真发现d为0.7λ_0时,天线具有近似最佳的特性。7元阵的最大角度扫描角为53°,增益为9.59dBic,较不扫描时的增益降低了6.2dB;19元阵的最大角度扫描角为63°,增益为12.43dBic,较不扫描时的增益降低了7.53dB。仿真了7元和19元DLCMSPA-PAA,仿真发现d为0.7个λ_0时,天线具有近似最佳的特性。7元阵的最大角度扫描角为49°,增益为10.34dBic,较不扫描时的增益降低了5.61dB;19元阵的最大角度扫描角为60°,增益为12.70dBic,较不扫描时的增益降低了7.31dB。
【图文】：

西安电子科技大学硕士学位论文造成的影响进行补偿。国内外对天线阵中单元间互耦的影响和对互多研究，以下做简单介绍。外研究现状4 年，D.M.Pozar 讨论了有源单元方向图在预测大型 PAA 扫描特性 N 元线阵中有源单元方向图的激励方式示意图如图 1.1 所示。介绍在计算大型阵列扫描特性的好处，对比了印刷对称振子最无限大平向图和孤立单元方向图，此时有源单元方向图的增益更高但是会出有源单元方向图只能用于阵列中各单元单独激励的情况。

角形栅格阵列的互耦因子进行计算，计算结果与使用混合有限单元/周期边界矩量法（HFEM，，a hybrid finite element/periodic moment method）的计算结果吻合良好。图1.2 圆形波导阵的模型和单元尺寸[12]2016 年，密歇根大学，S.MohammadAmjadi 博士和 KamalSarabandi 教授研究了降低天线的前向散射和近场耦合的方法[13]，其中阵列的模型图如图 1.3 所示。他们发
【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】：2019
【分类号】：TN821

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本文编号：2590746