Ka波段微带平面阵列天线的研究与设计

发布时间：2020-06-19 08:34

【摘要】：近年来,低频率波段越来越拥挤,已无法满足目前高速发展的通信产业,为了扩展无线电频谱资源,毫米波频段的开发成为研究热点,且伴随着毫米波频段的5G通信以及卫星通信的快速发展,高频、高增益、小型化、低剖面的天线需求日益增多。本文研究了工作在36GHz的三种不同馈电结构的毫米波微带平面阵列天线,完成了不同馈电结构的微带天线的仿真对比。所设计的阵列天线具有成本低廉、简易灵活、低剖面、辐射性能良好等优点,可根据具体需求应用于不同的Ka波段毫米波天线系统。本文主要工作包括:(1)对多路T型并馈结构的均匀微带平面阵列天线的研究。完成了最优微带单元天线以及等幅等相位差的并联T型功分器馈电网络的设计,并将阵元个数渐增分别设计了1×2、2×2、4×4微带阵列天线,分析了不同阵元间距对H面方向图和回波损耗的影响,以及不同阵元个数对天线性能的影响。设计的4×4微带阵列天线获得19dB的高增益以及2.3GHz的阻抗带宽。该阵列天线结构紧凑、设计简单、高增益以及易于实现小型化。(2)对驻波式串馈与并馈混合的微带平面阵列天线的研究。完成未经阻抗匹配的微带单元天线作为阵元,将阵元在H面方向排列,完成1×8线阵天线设计,线阵天线通过单元贴片宽度渐变法使得各阵元电流幅度满足切比雪夫分布。将线阵作为子阵,通过串并联结合的馈电方式设计了2×8、4×8微带阵列天线,分析了E面方向阵元个数对天线性能的影响。设计的4×8微带阵列天线的增益可达20.91dB,3dB波束宽度为10.8°,副瓣电平为-16dB。运用驻波串馈为主馈电方式的阵列天线的馈电匹配设计简单、传输馈线较短以及传输损耗小。(3)对行波式串馈与并馈混合的微带平面阵列天线的研究。采用行波式串馈与并馈混合的馈电方式完成了1×8线阵天线的设计,线阵天线通过调节阵元前四分之一阻抗匹配段使得各阵元电流幅度满足切比雪夫分布。将线阵作为子阵,通过同轴线在微带天线中心背馈的方式分别设计了2×8、4×8微带阵列天线,分析了E面阵元个数对天线性能的影响,并在相同阵元个数条件下,与均匀微带阵列天线和驻波式串馈并馈结合的微带阵列天线进行对比。设计的4×8微带阵列天线的增益高达22.45dB,且3dB波束宽度较窄,仅为10°,副瓣电平为-19.75dB。运用行波式串馈为主馈电方式的阵列天线在获得更窄的3dB波束宽度、更低的副瓣电平情况下,仍可保持高增益。
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN822

【参考文献】

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本文编号：2720549