【摘要】：微帶天線具有重量輕、剖面小、成本低等優(yōu)點。而毫米波同時兼?zhèn)淞宋⒉ㄅc紅外波的特點。因此,毫米波微帶天線在衛(wèi)星遙感、探測制導、引信系統(tǒng)等領域得到了廣泛應用。本文基于毫米波微帶天線項目需求,設計了三款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知識和參數(shù),詳細闡述了微帶天線的分析方法,為下文設計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,設計了一款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到了18dB,S11-10dB 的帶寬達到了 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,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,最后設計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工作頻點上左旋圓極化增益達到了 18dB,軸比帶寬達到了 3GHz,并且S11-10dB的帶寬達到了 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,通過連續(xù)相位旋轉(zhuǎn)法設計了一款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現(xiàn)±30°的掃描,在主瓣寬度范圍內(nèi)軸比小于3dB。
【學位授予單位】：南京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN822
【圖文】：

１．２毫米波微帶陣列天線研究現(xiàn)狀逡逑早從１９７６年開始，研究人員就開始研究將微帶天線應用到毫米波頻段。在這其中，逡逑Ｍ．Ａ．Ｗｅｉｓｓ最早開始對毫米波微帶天線陣列進行研宄，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。逡逑測得的結(jié)果是天線增益達到了邋１７ｄＢ，在可用范圍內(nèi)ＶＳＷＲ＜１．７，主瓣寬度為２０°，輻射效逡逑率達到了邋７５％？８５％【８］。逡逑在這之后，Ｍ．Ａ．Ｗｅｉｓｓ又做了改進，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)基板上并進行測試，逡逑發(fā)現(xiàn)Ｅ面和Ｈ面的副瓣電均低于－２０ｄＢ。同時測得薄介質(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設計了邋１６ｘ１６的天線陣列，頻率為３６ＧＨｚ，并利用光刻技術刻逡逑

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。天線饋電時為了使微帶貼片與接地板之間激勵起電磁場，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納加載。逡逑如圖２．４（ａ）所示，矩形微帶貼片長寬分別為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，沿長度ｂ方向的終端呈現(xiàn)開路，因而形成電壓波腹，也就是逡逑說貼片與地之間內(nèi)場的電場強度｜Ｅ｜最大。一般取其中心為微帶線上波長。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的兩條具有復導納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就等于兩條縫隙的輻射場疊加。根據(jù)等效原理，窄縫上電場的輻射逡逑可等效為面磁流的輻射。窄縫上的電場分布如圖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】

相關期刊論文 前8條

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本文編號：2773022