隨著電磁信號環(huán)境變得密集復(fù)雜,雷達偵察設(shè)備的性能也在逐漸加強。雙極化技術(shù)能夠同時接收電磁波的全部極化信息,具有較強的抗干擾能力、極化復(fù)用和極化捷變等能力。超寬帶技術(shù)具有抗干擾能力強和隱蔽性好等優(yōu)點。天線的性能對雷達偵察系統(tǒng)起到了關(guān)鍵性作用。將超寬帶雙極化天線應(yīng)用到雷達偵察系統(tǒng)中可以提升系統(tǒng)性能。本文以雷達偵察為應(yīng)用背景,設(shè)計適用于雷達偵察系統(tǒng)的雙極化天線。本文具體研究內(nèi)容如下:(1)互補對數(shù)周期超寬帶雙極化天線。針對雷達偵察系統(tǒng)工作頻率為2-18GHz的情況,設(shè)計了一款雙極化對數(shù)周期天線(Log-Periodic Antenna,LPA),該天線的設(shè)計原理為電與磁對偶原理。當電偶極子和磁偶極子相距λ/4時,天線的互補特性最佳,雙極化天線在空間任一點處都是正交的,具有低剖面、高隔離度和低交叉極化的特點。該天線工作帶寬為0.8-18GHz,隔離度高于34.06dB,交叉極化低于-22dB,在φ=0°時,天線的正交性能達到理論極限,且體積上比其他雙極化對數(shù)周期天線減少一半。仿真結(jié)果與理論分析一致。(2)改進型巴侖的雙極化Vivaldi天線。由于設(shè)計的雙極化對數(shù)周期天線的體積和質(zhì)量均較大,給實際應(yīng)用帶來了困難,為此設(shè)計了雙極化Vivaldi天線。該天線采用阻抗匹配的設(shè)計方法,其中槽線和彎折的共面帶狀線構(gòu)成新型巴侖結(jié)構(gòu)。通過切角的方法,改變天線的電流分布,從而提高天線隔離度。該天線的工作帶寬為2-8.834GHz,交叉極化低于-15dB,隔離度高于15dB,在-24°～28°之間正交。對天線加工測試,實驗表明測試結(jié)果與仿真結(jié)果吻合。雖然該雙極化Vivaldi天線比雙極化對數(shù)周期天線的體積和質(zhì)量明顯減小,但工作帶寬變窄。(3)基于縫隙-鐵氧體超寬帶雙極化天線。鐵氧體材料具有高磁導(dǎo)率和高介電常數(shù)的特點,有助于縮減天線體積。隨著偏置磁場不斷升高,鐵磁共振峰不斷向高頻移動。首先,推導(dǎo)矩形鐵氧體諧振器天線(Ferrite Resonator Antenna,FRA)工作在TE模時的理論公式,建立同軸饋電的線極化鐵氧體諧振器天線模型。然后,采用非對稱式結(jié)構(gòu)實現(xiàn)雙極化天線,另一個端口采用微帶縫隙耦合的饋電方式。該天線的工作帶寬為2-18GHz,在-72°～0°之間正交。仿真結(jié)果與理論分析一致。天線的尺寸較小,且滿足指標要求。
【學位單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TN821.1
【部分圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文表 2-1 PLPD 的初始結(jié)構(gòu)尺寸表（mm）參數(shù) 尺寸 參數(shù) 尺寸集合線寬(w_feed) 1.96 最長振子線寬(W1) 2.58振子長度與半徑之比(k) 100 介質(zhì)板厚度(sub_high) 1最長振子到虛頂點距離(R1) 114.96 最長振子長度(L1) 82.11縮比因子( ) 0.8 半頂角( ) 0.14根據(jù)初建模型的仿真結(jié)果來看，天線的方向圖具有端射特性，增益較高。該天線在短振子側(cè)采用 50Ω 的同軸電纜進行饋電，如果出現(xiàn)阻抗失配問題，會導(dǎo)致 S11不理想，而集合線的阻抗值取決于集合線寬。圖 2-5 為集合線寬對回波損耗影響的仿真結(jié)果。隨著線寬的變小，S11 明顯改善，0.8-1.2GHz 頻段的 S11 也降到-10dB，此時集合線寬(w_feed)為 1mm。

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文表 2-1 PLPD 的初始結(jié)構(gòu)尺寸表（mm）參數(shù) 尺寸 參數(shù) 尺寸集合線寬(w_feed) 1.96 最長振子線寬(W1) 2.58振子長度與半徑之比(k) 100 介質(zhì)板厚度(sub_high) 1最長振子到虛頂點距離(R1) 114.96 最長振子長度(L1) 82.11縮比因子( ) 0.8 半頂角( ) 0.14根據(jù)初建模型的仿真結(jié)果來看，天線的方向圖具有端射特性，增益較高。該天線在短振子側(cè)采用 50Ω 的同軸電纜進行饋電，如果出現(xiàn)阻抗失配問題，會導(dǎo)致 S11不理想，而集合線的阻抗值取決于集合線寬。圖 2-5 為集合線寬對回波損耗影響的仿真結(jié)果。隨著線寬的變小，S11 明顯改善，0.8-1.2GHz 頻段的 S11 也降到-10dB，此時集合線寬(w_feed)為 1mm。

隨著線寬的變小，S11 明顯改善，0.8-1.2GHz 頻段的 S11 也降到-10dB，此時集合線寬(w_feed)為 1mm。圖 2-4 PLPD 的 S11 仿真結(jié)果 圖 2-5 集合線寬對 PLPD 的 S11 影響在對數(shù)周期天線高頻處增加振子數(shù)目可以降低高頻部分的回波損耗，提高天線增益，仿真結(jié)果如圖 2-6 所示。增加振子數(shù)目的天線模型低頻部分的 S11 與集合線寬最優(yōu)時的結(jié)果一致，高頻部分的 S11 有明顯改善，在 0.8-18GHz 范圍內(nèi)天線的 S11 在-10dB 以下，性能良好。由于在高頻部分增加振子數(shù)目，給機械加工造成困難，因此將寬度低于 0.1mm 的振子寬度均改為 0.1mm，仿真結(jié)果如圖 2-7 所示。
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本文編號：2885889