發(fā)布時(shí)間：2020-07-28 14:44

【摘要】：微帶天線具有重量輕、剖面小、成本低等優(yōu)點(diǎn)。而毫米波同時(shí)兼?zhèn)淞宋⒉ㄅc紅外波的特點(diǎn)。因此,毫米波微帶天線在衛(wèi)星遙感、探測(cè)制導(dǎo)、引信系統(tǒng)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。本文基于毫米波微帶天線項(xiàng)目需求,設(shè)計(jì)了三款Ka波段微帶陣列天線:4×4寬帶口徑耦合陣列天線、4×4寬帶圓極化陣列天線、8×8圓極化相控陣天線。首先,介紹了微帶天線基礎(chǔ)知識(shí)和參數(shù),詳細(xì)闡述了微帶天線的分析方法,為下文設(shè)計(jì)陣列天線提供理論依據(jù)。其次,研究了微帶天線拓展帶寬的方法,設(shè)計(jì)了一款8毫米波段的4×4陣列天線,采用口徑耦合饋電拓展帶寬。仿真結(jié)果表明,在35GHz中心頻率上的增益達(dá)到了18dB,S11-10dB 的帶寬達(dá)到了 17.1%。然后,研究了微帶天線圓極化原理,鑒于圓形貼片的優(yōu)點(diǎn),首次提出了采用圓形貼片取代傳統(tǒng)矩形貼片作為圓極化貼片單元,最后設(shè)計(jì)了一副十六端口等幅不同相功分器形成相鄰單元90°相位差,完成了一款4×4圓極化微帶陣列天線。仿真結(jié)果表示:在35GHz工作頻點(diǎn)上左旋圓極化增益達(dá)到了 18dB,軸比帶寬達(dá)到了 3GHz,并且S11-10dB的帶寬達(dá)到了 17%,在主瓣寬度范圍內(nèi)的天線軸比小于3dB。最后,研究了陣列天線波束掃描的原理,通過(guò)連續(xù)相位旋轉(zhuǎn)法設(shè)計(jì)了一款8×8圓極化相控陣天線。仿真結(jié)果表明:在35GHz中心頻率上增益達(dá)到了 20dB以上,并且半功率波束寬度小于9°。天線波束可以俯仰角上實(shí)現(xiàn)±30°的掃描,在主瓣寬度范圍內(nèi)軸比小于3dB。
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN822
【圖文】：

１．２毫米波微帶陣列天線研究現(xiàn)狀逡逑早從１９７６年開(kāi)始，研究人員就開(kāi)始研究將微帶天線應(yīng)用到毫米波頻段。在這其中，逡逑Ｍ．Ａ．Ｗｅｉｓｓ最早開(kāi)始對(duì)毫米波微帶天線陣列進(jìn)行研宄，主要研宄了邋３５ＧＨｚ的４ｘ４陣列天逡逑線。貼片單元蝕刻在厚度為５ｍｉｌ的Ｒｏｇｅｒｓ邋４３５０Ｂ基板上。采用的饋電方式是并聯(lián)饋電。逡逑測(cè)得的結(jié)果是天線增益達(dá)到了邋１７ｄＢ，在可用范圍內(nèi)ＶＳＷＲ＜１．７，主瓣寬度為２０°，輻射效逡逑率達(dá)到了邋７５％？８５％【８］。逡逑在這之后，Ｍ．Ａ．Ｗｅｉｓｓ又做了改進(jìn)，在５ｍｉｌ和ｌＯｍｉｌ厚的Ｄｕｒｏｉｄ４３５０Ｂ基板上，分逡逑別逡逑制作了邋４ｘ４均勻照射的天線陣列，分別工作在３６．６ＧＨｚ和６０ＧＨｚ。結(jié)果顯示３６．６ＧＨｚ逡逑的天線陣列增益達(dá)到了邋１６ｄＢ１９］。第二年，Ｍ．Ａ．Ｗｅｉｓｓ和Ｒ．Ｂ．Ｃａｓｓｅ丨共同研制了邋３２ｘ３２的逡逑天線陣列，工作頻率為３８．４ＧＨｚ，蝕刻在５ｍｉｌ厚的Ｄｕｒｉｏｄ４３５０Ｂ介質(zhì)基板上并進(jìn)行測(cè)試，逡逑發(fā)現(xiàn)Ｅ面和Ｈ面的副瓣電均低于－２０ｄＢ。同時(shí)測(cè)得薄介質(zhì)基板上的不等幅電流造成的損逡逑耗為４ｄＢ＿。逡逑１９７８年，Ｊ．Ｗｉｌｌｉａｍｓ設(shè)計(jì)了邋１６ｘ１６的天線陣列，頻率為３６ＧＨｚ，并利用光刻技術(shù)刻逡逑

阻抗或電壓駐波比帶寬。逡逑２．２微帶天線基本分類逡逑微帶天線中，最常見(jiàn)的是微帶貼片，如圖２．３（ａ）所示。一般情況下微帶貼片位于帶逡逑有接地板的介質(zhì)基片上。天線饋電時(shí)為了使微帶貼片與接地板之間激勵(lì)起電磁場(chǎng)，常用逡逑的方法有微帶線饋電和同軸線饋電。微帶貼片的剖面與波長(zhǎng)相比一般很小，僅為十分之逡逑一甚至幾十分之一，因此經(jīng)常作為小型化天線使用。逡逑微帶貼片形狀一般都是規(guī)則的。常見(jiàn)的如矩形、圓形或者正方形薄片；也可以是由逡逑薄片振子形成的微帶振子天線，如圖２．３（ｂ）所示。還有就是微帶線形天線，利用形變之逡逑后的微帶線作為輻射單元，如圖２．３（ｃ）。最后就是微帶縫隙天線，在輻射面上蝕刻縫隙逡逑形成電流不連續(xù)區(qū)域，向空間輻射電磁波，如圖２．３（ｄ）所示１３４］。這４種是微帶天線單元逡逑的主要形式，除此以外，還有一些變形、混合形式或其他形式，但是并不是常用的，在逡逑此就不做介紹。逡逑微帶義＾邐７：貼片邐槽嗖邋ｘ＾逡逑ａ）邐接地邐ｂ）逡逑ｒ邐微帶線

用于對(duì)薄矩形貼片的分析。它的核心理論就是將矩形貼片天線等效為一段微帶傳輸線，逡逑兩端由輻射縫隙的等效導(dǎo)納加載。逡逑如圖２．４（ａ）所示，矩形微帶貼片長(zhǎng)寬分別為ｂ和ａ，厚度該貼片等效為一段逡逑尺寸為ｂｕ的微帶傳輸線，沿長(zhǎng)度ｂ方向的終端呈現(xiàn)開(kāi)路，因而形成電壓波腹，也就是逡逑說(shuō)貼片與地之間內(nèi)場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度｜Ｅ｜最大。一般取其中心為微帶線上波長(zhǎng)。如此則逡逑ｂ邊另一端也為電壓波腹。而天線的輻射由ａ邊縫隙形成。逡逑這兩邊被稱為輻射邊，因此矩形貼片可等效為相距ｂ的兩條具有復(fù)導(dǎo)納Ｇｓ＋ｊＢｓ的縫逡逑隙，等效電路如圖２．４（ｂ）所示。逡逑Ｚ逡逑－邐ｂ＝Ｘ＾／２邐逡逑＂ｎ邐［［邐＾ｒｑ邐ｎ逡逑—｜＾）邐！邋＾邋Ｙ邐Ｙｍ邋—？邋Ｇ＊邐ＪＢ．邐ＪＢ．邐Ｇ．逡逑｜ＴＸ邐ｊ邋ａ邐Ｕ邐Ｌ逡逑１邐Ｈｉ邋—逡逑（ａ）邐（ｂ）逡逑圖２．４矩形貼片天線的傳輸線模型逡逑天線的總輻射場(chǎng)就等于兩條縫隙的輻射場(chǎng)疊加。根據(jù)等效原理，窄縫上電場(chǎng)的輻射逡逑可等效為面磁流的輻射。窄縫上的電場(chǎng)分布如圖２．５（ａ）所示，即：逡逑Ｅ＝ｘＥ０邋ｃｏｓ—邐（２．２２）逡逑ｂ逡逑因而等效的面磁流密度為：逡逑ｙ＝０處ａ邊縫隙：逡逑＝邋－？ｘ邋￡｜ｔ邋0邋＝邋ｙ邋ｘ邋ｉＥ０邋＝邋－ｚＥ０邐（２．２３）逡逑ｙ＝ｂ處ａ邊縫隙：逡逑＝４－？ｘ￡［邋＾＝ｙｘｉ（－Ｅ０）＾－ｚＥ０邐（２．２４）逡逑可以看出，沿兩條ａ邊的磁流是同向的，如圖２．５（ｂ）所示。因此其輻射場(chǎng)在貼片法線方逡逑向取最大值，且幅值隨著偏離此方向的角

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2773022