宽带毫米波空心波束天线的研究

发布时间：2017-08-02 23:05

  本文关键词：宽带毫米波空心波束天线的研究

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【摘要】：空心波束天线的方向图在方位角上是全向性的,能够实现较大的波束覆盖范围,所以在导航追踪、引信系统、车载卫星通信中得到了广泛的应用。但是毫米波段的空心波束天线一般阻抗带宽较窄,不能满足项目的要求。本文针对Ka波段的空心波束天线阻抗比较窄的问题,研究了拓宽带宽的方法。设计了两款中心频率在35GHz的宽带空心波束天线：一种是具有宽频带、高效率、高增益的波导结构空心波束天线；一种是具有宽频带、低剖面、高增益的微带阵列空心波束天线。具体内容如下：首先,研究了空心波束天线形成原理和带宽拓宽的方法,导出了在理想情况下均匀口径分布的空心波束天线的最大方向性公式。其次,设计了一款新型的Ka波段的宽带波导空心波束天线。首次提出在天线辐射圆波导上添加四个三角脊结构,实现了同轴波导到开路圆波导的过渡,相比于传统的不加脊结构天线,加脊结构的天线带宽拓宽了5倍多。仿真结果表明：天线波束倾角为30°,驻波比带宽VSWR1.5为16%,在中心频率35GHz上的增益为10dBi,相对口径效率为87%,天线-3dB波束宽度为27°,副瓣电平小于-10dB。并且完成实物制作,测试结果与仿真结果基本吻合,验证了设计方法的正确性。最后,研究了微带空心波束形成的机理,设计了一款Ka波段微带阵列的空心波束天线。分析了圆贴片单元的辐射特性和展宽频带宽度的方法,研究了单元结构、间距、H形缝隙对天线性能的影响。仿真表明：天线波束倾角为30°,S11-10dB的阻抗带宽为17%,在工作频率点35GHz上增益为9dBi,并且在整个Ka波段增益均大于8dBi,天线-3dB波束宽度为32°,副瓣电平小于-10dB。本文设计的两款毫米波空心波束天线,带宽较宽,增益较高,具有很好的工程应用价值。
【关键词】：毫米波 空心波束天线 增益 带宽 口径效率
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN820
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 本文的研究背景8-9
• 1.2 空心波束天线研究现状9-12
• 1.3 本文的主要研究内容12-14
• 2 空心波束天线的基本原理14-26
• 2.1 天线的基础知识14-17
• 2.1.1 天线的方向性函数与方向图14-15
• 2.1.2 天线的方向性系数与增益15-16
• 2.1.3 天线阻抗与驻波比16-17
• 2.1.4 天线带宽17
• 2.2 空心波束天线设计原理17-19
• 2.2.1 空心波束天线形成原理17-18
• 2.2.2 空心波束天线设计方法18-19
• 2.3 空心波束天线最大方向性推导19-26
• 2.3.1 同幅同相面源计算19-22
• 2.3.2 同幅不同相的面源22-23
• 2.3.3 场径向对称的圆口径辐射场23-26
• 3 Ka波段宽带波导空心波束天线设计26-54
• 3.1 波导理论26-34
• 3.1.1 矩形波导理论26-29
• 3.1.2 同轴波导29-30
• 3.1.3 圆波导理论30-34
• 3.2 脊波导理论34-36
• 3.2.1 脊波导的主模的截止波长35-36
• 3.2.2 脊波导的主模的特性阻抗36
• 3.2.3 脊波导的主模工作带宽36
• 3.3 宽带空心波束天线的设计36-50
• 3.3.1 宽带空心波束天线圆波导模式的选择37-39
• 3.3.2 波导馈电部分的设计39-44
• 3.3.3 波导空心波束天线总体分析44-50
• 3.4 空心波束天线加工实物与测试50-53
• 3.4.1 天线实物50-51
• 3.4.2 天线的驻波比系数测试51-52
• 3.4.3 天线的方向图测试52-53
• 3.5 本章小结53-54
• 4 宽带微带阵列空心波束天线的设计54-74
• 4.1 微带天线的工作原理54-55
• 4.2 微带天线宽带技术55-57
• 4.3 圆贴片微带特性57-59
• 4.3.1 圆贴片的辐射特性57-58
• 4.3.2 圆贴片谐振频率58-59
• 4.4 微带阵列空心波束天线的设计59-72
• 4.4.1 阵列形成空心波束的原理59-60
• 4.4.2 阵列单元结构分析60-64
• 4.4.3 阵列单元间距分析64-66
• 4.4.4 馈电网络的分析与设计66-68
• 4.4.5 波导微带转换结构68-69
• 4.4.6 天线的整体设计69-72
• 4.5 两种天线相对口径效率与性能的对比72-73
• 4.5.1 天线相对口径效率的对比72-73
• 4.5.2 两种天线性能的对比73
• 4.6 本章小结73-74
• 5 结束语74-75
• 致谢75-76
• 参考文献76-79
• 附录79

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本文编号：611592