本文關(guān)鍵詞：L波段低副瓣氣象雷達相控陣天線的設(shè)計

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【摘要】：通過移相器來控制多個在空間按照一定規(guī)律排列的輻射單元相位分布的陣列天線稱為相控陣天線,其能夠?qū)崿F(xiàn)天線波束指向和波束形狀的快速改變。隨著科技的發(fā)展,作為重要信息獲取裝備的雷達也已開始由軍用轉(zhuǎn)向于民用,氣象雷達系統(tǒng)更成為近年來的熱門研究領(lǐng)域之一。而為了克服現(xiàn)有氣象雷達天線因機械掃描所帶來的不便,應(yīng)用于氣象雷達系統(tǒng)的相控陣天線得到了飛速發(fā)展。本文研究的主要內(nèi)容就是作為氣象雷達系統(tǒng)主要部件之一的天線,根據(jù)某單位提出的不同技術(shù)指標(biāo)設(shè)計了兩款應(yīng)用于氣象雷達系統(tǒng)的相控陣天線,通過串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)、功率分配器、移相器的組合來控制天線使其具有自適應(yīng)波束掃描能力,設(shè)計出的相控陣天線各項性能均滿足指標(biāo)要求。本文研究設(shè)計的內(nèi)容主要包含以下幾個方面:首先,介紹了文中涉及到的天線相關(guān)理論,特別是印刷偶極子天線與陣列天線理論;敘述了相控陣饋電系統(tǒng)的基本概念,較為詳細(xì)的闡述了串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)與Wilkinson功分器的設(shè)計方法;指出了相控陣天線設(shè)計的幾個技術(shù)難點,給出天線的設(shè)計思路與計算依據(jù)。其次,對2米相控陣氣象雷達天線的技術(shù)指標(biāo)進行分析,提出總體設(shè)計方案,并使用Ansys HFSS軟件逐步進行仿真驗證,包括對平面印刷偶極子、偶極子直線陣及其中心饋串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)、矩形平面陣以及多種不同功分比的Wilkinson功分器的仿真。給出了各階段的仿真結(jié)果,天線整體仿真增益達到27dBi以上,第一副瓣小于-25dB,3dB波束寬度小于9°,仿真結(jié)果驗證了方案的可行性。隨后根據(jù)所設(shè)計的天線模型對實物進行加工制作,將天線各項實測性能結(jié)果與仿真結(jié)果進行比較,實測得出的最大增益大于24dBi,通過控制單元相位能夠?qū)崿F(xiàn)主波束±15°的偏轉(zhuǎn),波束指向精度小于0.5°,實測結(jié)果和仿真結(jié)果相吻合。最后,根據(jù)不同的技術(shù)指標(biāo)采用類似的方案設(shè)計了另一款更高性能的4米相控陣氣象雷達天線,天線單元繼續(xù)采用平面印刷偶極子,饋電網(wǎng)絡(luò)采用不對稱的端饋串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)以降低設(shè)計的復(fù)雜性,根據(jù)不同的功分比對Wilkinson功分器進行了進一步的優(yōu)化,同樣給出各階段的仿真結(jié)果。最終得出的天線整體仿真性能結(jié)果顯示最大增益達到33dBi以上,3dB波束寬度小于4°,通過設(shè)置單元激勵的幅度、相位大小分布來實現(xiàn)波束±15°的偏轉(zhuǎn)。結(jié)果驗證了該方案對于設(shè)計4米相控陣氣象雷達天線的可行性。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN821.8

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