發(fā)布時(shí)間：2020-11-16 04:18

　　 隨著復(fù)合材料的快速發(fā)展以及飛行器輕量化小型化的要求,除了需要設(shè)計(jì)更多與飛行器共形的天線元件,以減少突出結(jié)構(gòu)天線形式對(duì)空氣動(dòng)力學(xué)的影響外;同時(shí)還需要賦予天線結(jié)構(gòu)具有承受力學(xué)載荷的能力,即天線結(jié)構(gòu)成為飛行器承力結(jié)構(gòu)部件的一部分,達(dá)到使天線結(jié)構(gòu)既可以傳輸電磁信號(hào)又可以具有優(yōu)良的承力性能,從而真正實(shí)現(xiàn)共形承載一體化天線結(jié)構(gòu)。由于電磁環(huán)境的復(fù)雜性,在天線通訊過(guò)程中,通常出現(xiàn)信號(hào)干擾和單頻信號(hào)傳輸不暢等問(wèn)題,通過(guò)采用圓極化和雙頻天線形式,可以很好的解決上述問(wèn)題,目前這兩種天線類(lèi)型已廣泛應(yīng)用于雷達(dá)通信和電子偵察等領(lǐng)域。在力學(xué)承載方面,由于三維正交機(jī)織復(fù)合材料具有在厚度方向上,多層經(jīng)緯紗正交排列同時(shí)采用Z紗將多層固結(jié)在一起的結(jié)構(gòu),使其具有優(yōu)異的抗沖擊性和抗分層性,同時(shí),三維正交結(jié)構(gòu)的完整性好,天線與其共形利于保持天線結(jié)構(gòu)不易被破壞,維持穩(wěn)定的電磁性能�；谏鲜霰尘�,本文提出三維正交機(jī)織復(fù)合材料圓極化/雙頻天線結(jié)構(gòu),通過(guò)仿真設(shè)計(jì)、固化成型等實(shí)現(xiàn)了此類(lèi)復(fù)合材料共形天線形式,而后對(duì)天線電磁性能、整體結(jié)構(gòu)力學(xué)性能進(jìn)行了系統(tǒng)測(cè)試和分析;此外,由于此類(lèi)天線是紡織結(jié)構(gòu)天線,對(duì)紗線結(jié)構(gòu)配置對(duì)天線性能的影響也做了必要的分析,上述工作為今后紡織復(fù)合材料天線的發(fā)展提供了一定的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。具體內(nèi)容如下:在第一部分工作中,主要從天線電磁理論和仿真模擬出發(fā),設(shè)計(jì)出工作頻率為1.9GHz的圓極化天線以及工作頻率為1.9GHz和2.45GHz的雙頻天線。通過(guò)運(yùn)用天線設(shè)計(jì)經(jīng)典公式,結(jié)合圓極化天線和雙頻天線的理論,在圓極化天線矩形貼片處以切角形成擾動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)圓極化設(shè)計(jì);雙頻天線矩形貼片中采用對(duì)角線饋電方式,使貼片上的垂直邊同時(shí)輻射不同頻率實(shí)現(xiàn)雙頻設(shè)計(jì)。最后利用電磁仿真軟件模擬優(yōu)化,得到工作頻率、回波損耗、軸比、帶寬等都符合要求的設(shè)計(jì)結(jié)果。在第二部分工作中,主要從實(shí)際工藝參數(shù)出發(fā),織造以及制備三維正交機(jī)織復(fù)合材料天線。首先采用三維正交機(jī)織織造工藝,實(shí)現(xiàn)了包含天線輻射元、天線介質(zhì)基板、接地板的三維織物天線預(yù)制件結(jié)構(gòu);而后通過(guò)采用真空輔助樹(shù)脂轉(zhuǎn)移成型(VARTM)工藝制備成復(fù)合材料天線,并進(jìn)行阻抗匹配和饋電焊接工作。在第三部分工作中,針對(duì)兩種復(fù)合材料天線形式即復(fù)合材料圓極化天線和復(fù)合材料雙頻天線,進(jìn)行了電磁性能測(cè)試和結(jié)構(gòu)-電磁響應(yīng)的分析,同時(shí)通過(guò)比較實(shí)測(cè)和仿真結(jié)果差異,對(duì)天線結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn),制備出符合設(shè)計(jì)要求的復(fù)合材料天線。最終得到的圓極化天線工作頻率為1.93GHz,回波損耗S11為-15.83dB,帶寬7.0%,E面增益值11.04dB,H面增益值4dB,部分角度范圍實(shí)現(xiàn)圓極化效果;雙頻天線工作頻率分別為1.855GHz和2.471GHz,回波損耗S11值分別為-18.67dB和-20.09dB,帶寬分別達(dá)到6.9%和11.7%,1.855GHz和2.471GHz的E面增益分別為4.36dB和-7.47dB,H面增益分別為2.53dB和-8.01dB。在第四部分工作中,主要對(duì)三維正交機(jī)織復(fù)合材料天線的力學(xué)性能和沖擊破壞進(jìn)行測(cè)試分析。對(duì)三組天線(不覆銅、單面覆銅、雙面覆銅)結(jié)構(gòu),從拉伸、彎曲和沖擊三方面進(jìn)行力學(xué)測(cè)試,分析了導(dǎo)電纖維在共形承載天線中對(duì)整體力學(xué)性能的影響,以及天線在不同程度破壞后的性能對(duì)比分析。結(jié)果表明,雖然導(dǎo)電纖維含量增加會(huì)降低天線整體拉伸性能和彎曲性能,但是天線在遭受局部破壞變形時(shí),依舊可以正常工作。綜上所述,本文主要從設(shè)計(jì)、織造制備和天線力電性能三方面,對(duì)三維正交機(jī)織復(fù)合材料雙頻和圓極化天線進(jìn)行整體研究。本文的工作為三維正交機(jī)織在天線圓極化和雙頻共形承載天線方向的發(fā)展提供一定的研究基礎(chǔ)。
【學(xué)位單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TB33;V243.4
【部分圖文】：

東華大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章 三維正交機(jī)織復(fù)合材料的圓極化微帶天線設(shè)計(jì)（3） 兩個(gè)不同波的電場(chǎng)矢量其幅度必須相等。所以實(shí)現(xiàn)天線圓極化的關(guān)鍵，需要通過(guò)一定的饋電方式，激勵(lì)出兩個(gè)極化方向互垂直的電磁波，但是相位相差 90°，并且幅度相等。由于圓極化對(duì)于尺寸非常的敏感，因此嚴(yán)格意義上電場(chǎng)矢量完全是一個(gè)圓是達(dá)不到的，大多是近圓形的橢圓，如圖 2-1（b）所示。圓極化軸比的定義為橢圓軌跡的長(zhǎng)軸和短軸之間的比值，純圓極化波的波形是一個(gè)圓，所以理想的圓極化下其軸比為 0dB，一般認(rèn)為軸比小于 6dB 時(shí)可認(rèn)為已經(jīng)符合圓極化要求，目前更嚴(yán)格的要求需要軸比小于3dB 以下。

華大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章 三維正交機(jī)織復(fù)合材料的圓極化微帶天線設(shè)計(jì)模。在雙點(diǎn)正交饋電中，T 型接頭是最簡(jiǎn)單的形式。饋電的兩個(gè)支路之間在長(zhǎng)上相差四分之一個(gè)波長(zhǎng)，以產(chǎn)生 90°的相位差，而兩路信號(hào)的幅度相等，以此天線輻射圓極化波。其結(jié)構(gòu)如圖 2-2（b）所示，激勵(lì)起的兩個(gè)模式分別為 TM01和 TM10模，兩個(gè)支路的輸入阻抗分別記為 Ra 和 Rb，并且有 Ra=Rb 。那么段微帶線的特性阻抗?jié)M足下面的關(guān)系：(1) Z1= 0 0; (2) Z2= 0 1; (3)1=2Z0。

0。(a) (b)圖 2-2 圓極化實(shí)現(xiàn)方式（a）一點(diǎn)饋電；（b）正交饋電輻射元饋電法實(shí)現(xiàn)圓極化微帶天線的原理很簡(jiǎn)單[28]，它是利用多個(gè)線極元組成的一種天線陣，利用不同輻射單元輻射的線極化波，并通過(guò)調(diào)整終實(shí)現(xiàn)圓極化條件。以二元為例，如圖 2-3 所示，兩個(gè)貼片輻射元輻射幅度相等、但是輻射的電磁波極化成垂直關(guān)系，在根據(jù)兩個(gè)輻射元的位成 90°的相位差，最終在邊射方向上合成圓極化波。雖然這種方法實(shí)化帶寬比單片單饋點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的圓極化帶寬要寬，但由于離開(kāi)邊射方向后不0°相位差，所以軸比惡化嚴(yán)重，波束寬度特別窄。
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本文編號(hào)：2885612