印刷频扫天线与锥状波束天线研究

发布时间：2017-03-20 22:10

  本文关键词：印刷频扫天线与锥状波束天线研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：平面印刷天线由于其剖面低、结构紧凑、重量轻及易加工、易集成等优点成为近年来天线领域发展迅速的一个重要分支,广泛应用于军事和无线通信领域。然而具有不同方向图特性的平面印刷天线在实际使用时,仍存在一些明显的性能缺陷。本文针对印刷频率扫描天线和锥状波束天线在实际应用中尚存的性能缺陷,进行深入分析研究并给出解决方案。本论文的主要创新性工作可以概括如下：1.基于印刷工艺实现的低耗高增益低副瓣频率扫描天线阵列：针对印刷传输线在高频和电长度较大情况下损耗过大而无法实现高增益频率扫描天线的问题,提出了基于偶模双面悬置空气带状线慢波移相结构的频率扫描缝隙天线阵列,实现了低频率资源占用率、低损耗、高增益、低副瓣的良好性能,在8.9GHz-10.6GHz频率范围内实现-27.5°至+46°的波束扫描,16单元缝隙直线阵列测试增益为15.5dBi,频带内增益起伏小于2.5dB,副瓣电平20dB。该方案中移相结构、馈电功分器、缝隙辐射单元可以独立设计,为低耗印刷频率扫描天线阵列的设计提供了新解决方案。2.利用锥状波束单元进行栅瓣组阵的高增益大倾角双波束和锥状波束阵列天线：针对常见锥状波束阵列天线和双波束阵列天线随着天线口径的增大,波束倾斜角度逐渐减小,口径效率降低的问题,提出锥状波束单元栅瓣组阵方案,以同时实现大倾角和高增益。设计实例实测中双波束矩形阵列天线在±49.4°的波束指向角上获得了16.6dBi增益；锥状波束圆环阵列天线在±48°波束指向角上获得了9dBi增益。文中给出详细的阵列理论分析和设计指导。3.多点馈电形式的宽带圆贴片锥状波束天线：针对锥状波束贴片天线带宽较窄的问题,提出了多点环路馈电形式的圆形贴片,利用环路和贴片的双谐振以及磁耦合效应,实测低剖面圆贴片锥状波束天线在0.13γ0的电高度下实现了65.3%的相对阻抗带宽,且整个带宽范围内方向图性能稳定。详细给出了该设计的原理分析、参数研究和设计指导。4.锥状波束和笔状波束可重构的共口径宽带圆贴片天线：针对现代移动通信系统中半域覆盖波束可重构天线设计复杂的缺陷,提出了不同配置的多点环路馈电方案,实现了同时具有笔状波束和锥状波束的可重构的宽带圆贴片天线,实测中笔状波束相对带宽27.2%,锥状波束相对带宽45.9%,重叠带宽24%,该方案全部使用PCB工艺制作,设计制作简单。给出了相应的原理分析、参数研究和设计指导。
【关键词】：平面印刷天线 频率扫描天线 锥状波束天线 双波束天线 波束可重构
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN820
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-24
• 1.1 研究背景11-13
• 1.2 国内外研究现状13-22
• 1.2.1 频率扫描天线研究现状13-16
• 1.2.2 锥状波束天线研究现状16-20
• 1.2.3 双波束天线研究现状20-22
• 1.3 本论文研究的主要内容22-24
• 2 低耗印刷频率扫描阵列天线研究24-50
• 2.1 引言24
• 2.2 低损耗频扫移相单元24-41
• 2.2.1 低耗印刷偶模双面悬置带状线25-30
• 2.2.2 偶模双面悬置带状线传输特性30-31
• 2.2.3 频扫移相单元设计原理31-34
• 2.2.4 低耗频扫移相单元设计34-38
• 2.2.5 移相单元的色散特性及设计指导38-41
• 2.3 低耗低副瓣高增益频扫天线设计41-49
• 2.3.1 天线总体设计与测试42-44
• 2.3.2 测试分析44-47
• 2.3.3 结果讨论47-49
• 2.3.4 设计指导49
• 2.4 本章小结49-50
• 3 利用锥状波束单元和栅瓣实现高增益大倾角的双波束及锥状波束阵列天线研究50-80
• 3.1 引言50
• 3.2 基于锥状波束单元的高增益大倾角双波束阵列天线50-63
• 3.2.1 利用栅瓣组阵的矩形平面阵列分析52-55
• 3.2.2 阵列中的锥状波束单元设计55-56
• 3.2.3 阵列结构及测试结果56-58
• 3.2.4 结果分析与讨论58-60
• 3.2.5 小倾角双波束阵列天线设计与讨论60-62
• 3.2.6 设计指导62-63
• 3.3 基于锥状波束单元的高增益大倾角锥状波束阵列天线63-79
• 3.3.1 圆环阵列阵函数分析63-65
• 3.3.2 单圆环阵列栅瓣位置分析65-67
• 3.3.3 波束切换分析67-69
• 3.3.4 多圆环阵列分析69-70
• 3.3.5 设计实例70-75
• 3.3.6 结果分析与讨论75-78
• 3.3.7 设计指导78-79
• 3.4 本章小结79-80
• 4 多点馈电宽带圆贴片锥状波束天线80-92
• 4.1 引言80
• 4.2 宽带圆贴片锥状波束天线80-87
• 4.2.1 采用多点馈电的宽带圆贴片锥状波束天线结构80-82
• 4.2.2 天线工作原理分析82-84
• 4.2.3 天线结构参数分析84-87
• 4.3 设计实例87-91
• 4.3.1 仿真与实测87-90
• 4.3.2 结果分析与讨论90-91
• 4.4 设计指导91
• 4.5 本章小结91-92
• 5 锥状波束和笔状波束可重构宽带圆贴片天线92-118
• 5.1 引言92
• 5.2 采用多点馈电实现宽带波束可重构圆贴片天线可行性研究92-95
• 5.3 采用两点馈电实现锥状波束性能研究95-98
• 5.4 宽带波束可重构圆贴片天线设计98-107
• 5.4.1 天线结构98-100
• 5.4.2 天线结构参数分析100-107
• 5.5 设计实例107-117
• 5.5.1 仿真与实测107-112
• 5.5.2 结果分析与讨论112-117
• 5.6 设计指导117
• 5.7 本章小结117-118
• 6 结束语118-121
• 致谢121-123
• 参考文献123-133
• 附录133-134

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