共形阵列天线的研究与设计

发布时间：2020-11-20 15:18

　　 由于微带阵列天线具有高增益、形式灵活、波束形状可控且易于与介质表面共形的优点而备受关注,已在射频识别和电子对抗等领域有了广泛的应用。本文研究了用于军事领域的共形阵列天线,设计了适用于手榴弹和导弹弹头的共形天线。论文的主要工作如下:设计了一种与柱体表面共形的宽频带天线。该天线刻蚀在两层介质板上,内外层介质的相对介电常数分别是2.2和6.15,厚度分别是0.7874 mm和0.762 mm。内层介质内表面为接地板,两层介质之间为馈电网络,外层介质的外部附着贴片阵列,每组贴片包括两个大小相同的矩形贴片,上部的贴片用来展宽频带。该天线通过添加寄生贴片,以及耦合偏心馈电展宽了工作带宽。结果表明:优化后天线的工作频段为2.3-2.58 GHz(11.67%),最大增益为4.816 dBi,在θ=60°处为全向辐射。所设计的天线具有宽频带、增益高、结构简单成本低的优点,可用于手榴弹共形等军事领域。设计了一种宽波束锥体共形天线。该天线刻蚀在厚度是0.254 mm的罗杰斯4350介质板上,介质的相对介电常数是3.48。介质背面为金属地板,正面为馈电网络和贴片阵列。将该天线共形在锥体表面,锥体上口径是2 mm,下口径是76 mm、高是100 mm。辐射单元由5×4的矩形贴片构成,每个贴片完全相同。该天线通过在馈电网络上采用对称移相器结构来改变波束形状,展宽波束宽度,结果表明:天线的工作频段是23.8-25 GHz,3 dB半功率波束宽度是56°,最高增益是9.8 dBi,具有剖面低、增益高、造价低廉、结构简单和辐射范围广的优点,可用于导弹尖端的无线通信系统或能量采集装置。
【学位单位】：山西大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN820
【部分图文】：

1.2 国内外研究现状1.2.1 线形阵列天线阵列天线是一种由多个天线单元排列组合，采用合适的激励以得到特定辐射特性的天线类型。常见的组阵方式有直线阵列、梳形阵、城墙线阵、蛇形线阵和对数周期微带阵等，通常使用串馈或并馈的方式进行馈电。文献[3]提出的是如图 1.1 所示的基于超表面材料的 4 元线阵。此天线工作频段为2.35-2.55 GHz 处，组阵后增益最大值是 6 dBi，可全向辐射水平极化波。每个阵元由带有间隔的金属环构成，金属环之间的相移为 0°，从而产生水平极化的全向辐射波。如图 1.2 所示，文献[4]中设计了一种 4 元直线阵，可辐射全向水平极化波。传输线采用磁导率为负值的材料(MNG-TL)，使用零阶谐振器对电抗负载进行激励。由于该天线的波长无穷大，所以电流沿环状贴片流动时保持相位不变，故能在 2.4 GHz 处产生水平极化的全向辐射。

带有间隔的金属环构成，金属环之间的相移为 0°，从而产生水平极化的全向辐射波。如图 1.2 所示，文献[4]中设计了一种 4 元直线阵，可辐射全向水平极化波。传输线采用磁导率为负值的材料(MNG-TL)，使用零阶谐振器对电抗负载进行激励。由于该天线的波长无穷大，所以电流沿环状贴片流动时保持相位不变，故能在 2.4 GHz 处产生水平极化的全向辐射。图 1.1 超表面材料的 4 元环形线阵[3]

第一章 绪论波，当改变零相位转换器的方向时，可以选择性辐射左旋圆极化波或右旋圆极化波。该天线的工作频段为 900-935 MHz。文献[6]设计了如图 1.4 所示的工作于双频段的小型化阵列天线，其工作频率是 2.4 GHz (WLAN 频段)和 3.5 GHz (WiMAX 频段)，在这两个频段内均可实现全向辐射。天线的 3 个阵元呈线性排列，原文在分析时考虑到了贴片之间的相互影响，并给出了天线的等效电路，其中，低频谐振点由接地板上的缝隙提供，短路过孔则保证了高频谐振点。文献[7]提出了一种被移动通信系统所通用的，可用于移动电话基站的阵列天线，其结构由图 1.5 给出。该天线单元工作于 2.1 GHz 处，可以实现全向辐射，E 面半功率波束角为 24°。设计中采用的辐射单元是带有侧翼的开槽天线，因此可以明显提高增益，最大增益为 9 dBi[8]。
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本文编号：2891608