超寬帶天線設(shè)計及陣列天線波束賦形研究.pdf

1、無線通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，對作為無線通信系統(tǒng)以及武器裝備關(guān)鍵部件的天線提出了越來越高的要求。一方面，室內(nèi)高速無線數(shù)據(jù)接入技術(shù)的興起對超寬頻帶天線提出了廣泛需求。同時，由于在超寬帶通信系統(tǒng)的工作頻段范圍內(nèi)，還存在諸如無線局域網(wǎng)（WLAN）、WiMAX等通信系統(tǒng)，為了降低不同通信系統(tǒng)之間的相互干擾，具有陷波特性的超寬帶天線近來獲得了廣泛關(guān)注。另一方面，傳統(tǒng)低副瓣筆形波束的陣列天線已經(jīng)不能滿足當前軍事領(lǐng)域和民用事業(yè)的需要，具有特定賦形波束的陣列

2、天線獲得了廣泛深入的研究。本文密切結(jié)合某預(yù)研項目，著重圍繞小型化超寬帶天線設(shè)計及其頻域特性研究、超寬帶天線陷波特性分析、高性能賦形波束陣列天線優(yōu)化綜合等方面開展工作。作者的主要工作和創(chuàng)造性成果可概括為以下幾個方面：
　　1.研究了幾種超寬帶天線的設(shè)計實現(xiàn)方法。首先，提出了一種燕尾形結(jié)構(gòu)的平板單極天線，并通過調(diào)整燕尾形中半橢圓結(jié)構(gòu)的軸比，使天線獲得了理想的阻抗帶寬。其次，為了便于天線與前端射頻電路集成，提出了一種采用微帶線饋電的印刷

3、型超寬帶單極天線，并借助于具有漸變結(jié)構(gòu)的地板改善了天線的阻抗匹配特性。最后，研究了一種U形寬縫隙口徑型超寬帶印刷天線，討論了寬縫隙口徑大小等因素對天線帶寬的影響。實際制作了上述幾種天線并對其輻射特性進行了測量，實測結(jié)果表明文中提出的天線均具有良好的方向圖特性。
　　2.研究了超寬帶天線的陷波特性。首先，通過在燕尾形平板單極子天線中嵌入縫隙的方法使天線在5GHz-WLAN頻段呈現(xiàn)出較大的駐波系數(shù)，即生成了所謂的陷波特性，詳細地討論了

4、縫隙長度的變化對陷波頻段中心頻率位置的影響。其次，在共面波導(dǎo)饋電的印刷型超寬帶天線上構(gòu)造了兩種不同類型的縫隙，使得天線在5GHz-WLAN和WiMAX頻段同時具有了帶阻特性，著重分析了不同縫隙之間的相互影響。最后，設(shè)計研究了具有雙陷波特性的U形口徑天線，并從天線的實測阻抗曲線出發(fā)，給出了一種等效電路模型，定性地解釋了嵌入天線中的諧振結(jié)構(gòu)生成陷波特性的工作原理，為后續(xù)關(guān)于超寬帶天線陷波特性的研究提供了重要的參考依據(jù)。
　　3.設(shè)計制

5、作了一副具有平頂波束方向圖的十單元直線陣列天線。首先，提出了一種新的混合遺傳算法，該方法將步長加速法作為一個局部搜索算子融入到傳統(tǒng)遺傳算法中，提高了新算法的優(yōu)化效率。其次，針對傳統(tǒng)陣列綜合中忽略陣元互耦導(dǎo)致優(yōu)化計算結(jié)果不精確的問題，文中將十元直線陣列單元實際方向圖帶入優(yōu)化過程，提高了計算結(jié)果的準確性。最后，根據(jù)優(yōu)化結(jié)果設(shè)計制作了陣列饋電網(wǎng)絡(luò)和天線陣列原理樣機，并對其輻射特性進行了測量，測量結(jié)果與計算結(jié)果吻合良好，驗證了本文提出的陣列天線

6、波束賦形方法是正確而有效的。
　　4.提出了一種綜合平面陣列二維平頂波束方向圖的設(shè)計方法。首先，研究了具有圓極化特性的陣列單元，實際制作了天線模型并對其輻射特性進行了測量。根據(jù)天線單元遠場方向圖中兩個互相垂直的切平面，比較精確地重新構(gòu)建了陣列環(huán)境下天線單元的遠場三維方向圖，并計入到平面陣列波束賦形優(yōu)化進程中，提高了陣列優(yōu)化計算結(jié)果的可靠性。其次，提出了一種子陣旋轉(zhuǎn)法，利用陣列對稱性大大減少了優(yōu)化過程中的優(yōu)化變量數(shù)和輻射方向圖采樣點