本文選題：超寬帶 + 端射�。� 參考：《電子科技大學(xué)》2016年碩士論文

【摘要】：天線作為無線通信系統(tǒng)的最前端,對(duì)整個(gè)無線通信系統(tǒng)的性能起著至關(guān)重要的作用。如今隨著無線通信技術(shù)的高速發(fā)展,對(duì)天線性能的要求也越來越高。包括更寬的工作頻帶,比如符合FCC標(biāo)準(zhǔn)的UWB通信技術(shù),其工作頻段要求覆蓋3.1~10.6GHz;更高的增益,比如用于目標(biāo)追蹤的高分辨率雷達(dá)天線,其增益要求常常達(dá)到30dBi甚至更高;更小的尺寸,比如無線終端天線,往往需要在極其有限的空間內(nèi)排布6副及其以上的天線,此時(shí)需采用各種天線小型化技術(shù)縮減天線尺寸。在實(shí)際應(yīng)用過程中,某些安裝平臺(tái)對(duì)天線系統(tǒng)的氣動(dòng)性有一定的要求,所設(shè)計(jì)的天線必須有利于共形安裝以減少風(fēng)阻等。端射天線作為一種有別于傳統(tǒng)側(cè)射天線的特殊天線結(jié)構(gòu),能夠以較低的剖面在端向產(chǎn)生輻射,有利于共形安裝。另一方面,對(duì)于需要共形設(shè)計(jì)的端射天線,其特殊安裝環(huán)境使得天線的設(shè)計(jì)還需要考慮到金屬表面、介質(zhì)天線罩等的影響,所有這些都給天線的設(shè)計(jì)帶來了極大的挑戰(zhàn)。同時(shí),傳統(tǒng)的共形陣列主要是通過運(yùn)用各種圓形陣列綜合方法以達(dá)到波束全向覆蓋或者全空域覆蓋的目的。目前,國(guó)內(nèi)外針對(duì)共形端射陣列設(shè)計(jì)的相關(guān)研究較少,但共形端射陣列在超寬帶無源測(cè)向、相控陣?yán)走_(dá)、反輻射導(dǎo)彈等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。因此對(duì)有利用于共形安裝的端射天線及其共形端射陣列的設(shè)計(jì)方法及相關(guān)理論進(jìn)行深入的探究具備重要的意義。針對(duì)以上問題,本文研究設(shè)計(jì)了一種基于縫隙的超寬帶端射天線,具備饋電結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、剖面較低、有利于共形安裝等特點(diǎn)。同時(shí)對(duì)大金屬柱體作為共形安裝載體平臺(tái)時(shí)對(duì)天線輻射特性的影響進(jìn)行了探究,分析了平面波入射分層介質(zhì)時(shí)電磁波的傳輸特性,為分析介質(zhì)天線罩對(duì)天線性能的影響提供了基礎(chǔ)理論依據(jù)。本文主要的研究工作及創(chuàng)新點(diǎn)如下:一、以折合縫隙作為基本輻射單元,并根據(jù)對(duì)數(shù)周期律準(zhǔn)非頻變?cè)?設(shè)計(jì)了寬帶端射天線。針對(duì)這種端射縫隙天線設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的波束上翹的現(xiàn)象進(jìn)行了必要的理論分析,同時(shí)提出了通過延長(zhǎng)端射縫隙前端地面的尺寸來改善波束上翹的現(xiàn)象。二、針對(duì)折合縫隙天線雙向輻射問題,以及實(shí)際應(yīng)用過程中需要共形安裝在金屬載體平臺(tái)上的苛刻環(huán)境特點(diǎn),對(duì)比研究了在縫隙天線一面添加金屬反射板和金屬背腔時(shí),對(duì)縫隙天線性能影響的異同,得出縫隙天線加載背腔比加載反射板具有更好的輻射性能。同時(shí)深入研究了金屬背腔關(guān)鍵參數(shù)對(duì)折合縫隙天線的影響機(jī)理,為下一章對(duì)數(shù)周期背腔折合縫隙天線的設(shè)計(jì)提供了初步的理論依據(jù)。三、提出利用倒置結(jié)構(gòu)和在輻射口徑上方添加介質(zhì)覆層的方法來優(yōu)化天線性能,使其在寬頻帶(6~18GHz)內(nèi)實(shí)現(xiàn)了良好的匹配和穩(wěn)定的端向輻射。仿真和實(shí)測(cè)結(jié)果顯示這種天線在整個(gè)6~18GHz頻帶內(nèi)實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的端向輻射,正端射方向的增益達(dá)到4dBi以上。四、提出了一種基于耦合原理的共面波導(dǎo)——微帶線轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu),有效地實(shí)現(xiàn)了本論文設(shè)計(jì)天線的寬帶饋電需求。所提出的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)在6~18GHz內(nèi)具有阻抗匹配良好,插損小的特點(diǎn)。五、對(duì)比分析了天線在單獨(dú)使用和共形安裝于金屬柱體時(shí)輻射性能的差異,得出了金屬載體對(duì)天線性能影響的規(guī)律。對(duì)平面波入射分層介質(zhì)時(shí)的傳輸特性進(jìn)行了理論分析,為分析天線前方介質(zhì)天線罩對(duì)天線性能的影響提供了理論基礎(chǔ)。對(duì)端射共形陣列的設(shè)計(jì)提供了指導(dǎo)。通過以上研究,本論文提出并設(shè)計(jì)的基于縫隙的超寬帶端射天線有利于共形安裝于金屬載體平臺(tái),在6~18GHz內(nèi)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的端向輻射,正端射方向的增益達(dá)到4dBi以上,同時(shí)具備較低的剖面,天線整體剖面尺寸僅為11.1mm。而對(duì)金屬柱體和介質(zhì)天線罩對(duì)天線性能的影響分析則有效地指導(dǎo)了共形端射陣列的設(shè)計(jì)。上述研究成果為寬帶端射天線設(shè)計(jì)提供了新的思路,能很好地應(yīng)用于超寬帶無源共形測(cè)向陣、超寬帶共形相控陣、彈載端射天線等。
[Abstract]:As the front end of the wireless communication system, the antenna plays an important role in the performance of the whole wireless communication system. With the rapid development of the wireless communication technology, the requirements for the performance of the antenna are becoming more and more high, including the wider frequency band, such as the UWB communication technology that meets the FCC standard, and the frequency of its working band is required to cover the 3.1~10.6GHz Higher gains, such as high resolution radar antennas for target tracking, are often 30dBi or even higher; smaller sizes, such as wireless terminal antennas, often need to arrange 6 pairs and above antennas in extremely limited space. At this point, antenna size needs to be reduced by a variety of antenna miniaturization techniques. In the process, some installation platforms have certain requirements for the aerodynamic performance of the antenna system. The designed antenna must be beneficial to the conformal installation to reduce the wind resistance. As a special antenna structure that is different from the traditional side shot antenna, the antenna can generate radiation at the end in a lower section and is beneficial to the conformal installation. On the other hand, the antenna is beneficial to the configuration of the antenna. At the end of the antenna which needs conformal design, its special installation environment makes the design of the antenna need to take into account the influence of metal surface and dielectric radome, all of which bring great challenges to the design of the antenna. At present, there are few related researches on the design of conformal end shooting array at home and abroad, but the conformal end shooting array plays a more and more important role in the fields of ultra wideband passive direction finding, phased array radar, anti radiation missile and so on. The design method and the related theory are of great significance. In this paper, a kind of ultra wideband end shooting antenna based on the gap is designed and designed. It has the characteristics of simple feeding structure, low profile and favorable for conformal installation. At the same time, the large metal column is used as a conformal installation platform for antenna radiation. The effect of sex is explored and the transmission characteristics of the electromagnetic wave are analyzed when the plane wave is incident in stratified medium. The basic theoretical basis is provided for the analysis of the influence of the dielectric radome to the antenna performance. The main research work and innovation points are as follows: first, it takes the gap as the basic radiation unit and is quasi non frequency variant according to the logarithmic periodic law. In order to improve the phenomenon of beam upwarping by prolonging the size of the front surface of the end of the slot, two, for the two-way radiation problem of the folded slot antenna, and the practical application. In the process, the harsh environment characteristics of the conformal installation on the metal carrier platform are needed. The differences and similarities between the slot antenna and the metal back cavity are compared and studied. It is concluded that the slot antenna loaded back cavity has better radiating performance than the loaded reflector, and the key of the metal back cavity is studied deeply. The influence mechanism of the parameters on the folded slot antenna provides a preliminary theoretical basis for the design of the next logarithmic periodic back cavity folded slot antenna. Three, the method of using the inverted structure and adding a dielectric layer above the radiant aperture is proposed to optimize the antenna performance so that it can achieve a good match and stability in the broadband (6~18GHz). End direction radiation. The simulation and measured results show that the antenna achieves stable end direction radiation in the whole 6~18GHz band, and the gain of the positive end shooting direction is above 4dBi. Four, a coplanar waveguide based on coupling principle, microstrip line conversion structure is proposed, which effectively realizes the broadband feed demand of the antenna designed in this paper. The transformation structure has the characteristics of good impedance matching and small insertion loss in 6~18GHz. Five, the difference between the radiation performance of the antenna when the antenna is used individually and conformal in the metal column is compared and analyzed. The influence of the metal carrier on the antenna performance is obtained. The transmission characteristics of the plane wave in the stratified medium are analyzed, and the analysis is made for the analysis. The dielectric radome in front of the antenna provides a theoretical basis for the effect of antenna performance. It provides guidance for the design of the end ejection conformal array. Through the above research, the ultra wideband end shooting antenna based on the slot is proposed and designed to be conformally installed on the metal carrier platform. The stable end radiation and the positive end ejection are realized in the 6~ 18GHz. The gain is above 4dBi and has a lower section. The overall profile of the antenna is only 11.1mm., and the analysis of the influence of the metal column and the dielectric radome on the antenna performance can effectively guide the design of the conformal end shooting array. The above research results provide a new idea for the broadband end shooting antenna design and can be well applied to the design of the antenna. UWB passive conformal direction finding array, UWB conformal phased array, missile borne end fire antenna, etc.
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN820

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本文編號(hào)：2094179