徑向線陣列天線與小型化單元天線研究.pdf

1、隨著小型合成孔徑雷達(dá)、小型衛(wèi)星系統(tǒng)以及微波毫米波系統(tǒng)的蓬勃發(fā)展,人們對系統(tǒng)中的天線部分提出了多方面的要求。天線設(shè)計不僅僅需要滿足通常的增益以及帶寬的指標(biāo),更重要的是要在天線成本、效率、體積和重量方面獲得突破。徑向線陣列天線是一種高效率、結(jié)構(gòu)緊湊、饋電簡單、體積小、成本低廉的平面陣列,從上世紀(jì)的90年代得到了快速的發(fā)展和廣泛的關(guān)注。本文緊密結(jié)合研究課題,對徑向線陣列天線的快速分析與設(shè)計方法、低成本高效率徑向線陣列天線以及小型化單元天線進(jìn)行

2、了深入的研究。所取得的主要研究成果可概括為:
　　 1.基于矩量法基本原理以及徑向線縫隙陣列的等效網(wǎng)絡(luò)模型,對方程求解中的網(wǎng)絡(luò)矩陣參數(shù)的物理意義進(jìn)行了討論,提出了一種結(jié)合全波電磁仿真軟件進(jìn)行參數(shù)修正的等效網(wǎng)絡(luò)分析方法。實(shí)際中采用HFSS軟件分別建立了各類網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的提取模型,對探針自導(dǎo)納、縫隙自導(dǎo)納、縫隙互導(dǎo)納以及電流傳遞系數(shù)等參數(shù)進(jìn)行了提取。此外,還對傳統(tǒng)計算中不準(zhǔn)確的單縫遠(yuǎn)場假設(shè)進(jìn)行了修正。最后采用Matlab編寫了計算程序,

3、通過對算例的分析,表明該方法顯著地提高了計算精度,拓展了等效網(wǎng)絡(luò)模型算法分析復(fù)雜結(jié)構(gòu)的能力。
　　 2.在徑向線縫隙陣列天線設(shè)計中引入印刷工藝的介質(zhì)覆銅板結(jié)構(gòu),提高了口徑面縫隙的加工精度并降低了天線的制造成本,同時也提高了天線配置的靈活性。另一方面,對圓環(huán)陣列的柵瓣問題進(jìn)行了深入的分析,提出了無介質(zhì)填充的徑向線縫隙陣列天線,消除了天線的介質(zhì)損耗,降低了結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度。然后基于無介質(zhì)填充的印刷口面結(jié)構(gòu),設(shè)計了一款X波段的線極化Min

4、i-SAR縫隙陣列天線,采用了匹配縫隙的設(shè)計以進(jìn)一步提高天線效率,并針對端口反射系數(shù)不理想的問題提出了兩種簡單有效的匹配結(jié)構(gòu)。最后,為了驗(yàn)證設(shè)計方法的有效性,實(shí)際加工制造了一副天線,測試結(jié)果與仿真值吻合良好。
　　 3.采用單元與腔體獨(dú)立分析的方法,并利用饋電結(jié)構(gòu)的對稱性,加入了一種局部等效分析模型,使得徑向線探針饋電陣列天線的求解速度得到提高。同時,因?yàn)樵撃Ｐ瓦€充分考慮了腔體內(nèi)饋電探針的互耦影響,因此在一定條件下也可以獲得較高

5、的計算準(zhǔn)確性?；诖四Ｐ?對口徑面上不同位置的探針耦合能量進(jìn)行分析,優(yōu)化了具有均勻口面激勵分布的饋電網(wǎng)絡(luò),配合低剖面的螺旋輻射單元設(shè)計獲得了高增益的筆形波束。對天線模型進(jìn)行了加工與測試,最終結(jié)果與設(shè)計吻合較好,證明了方法的有效性。
　　 4.基于對單極子天線以及倒L形天線諧振特性以及方向性的分析,提出了一種具有雙彎折結(jié)構(gòu)的倒L形天線結(jié)構(gòu),以滿足低剖面徑向線探針饋電陣列天線的要求。該天線工作在三次模式并呈現(xiàn)對稱的空間電流分布,導(dǎo)致

6、了它具有低剖面以及法向輻射的特點(diǎn)。利用該結(jié)構(gòu),分別設(shè)計了線極化與圓極化的小型化低剖面單元天線。在圓極化天線的設(shè)計中,引入了“正交相位”的設(shè)計思想,使得天線具有非常緊湊的結(jié)構(gòu)。為了易于加工制造并提高單元天線的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,引入介質(zhì)印刷工藝并結(jié)合實(shí)際需要,設(shè)計并加工了一副應(yīng)用于RFID手持閱讀器的集成天線。最后,提出一種利用輻射片加載諧振結(jié)構(gòu)技術(shù)實(shí)現(xiàn)改進(jìn)方向圖特性的小型化印刷單極子天線,結(jié)合一雙頻天線設(shè)計對該方法進(jìn)行了詳細(xì)闡述,結(jié)果證明了方法的