【摘要】：相控陣又名電掃描天線陣,具有波束掃描速度快、指向精準(zhǔn)等優(yōu)點(diǎn),并且可以實(shí)現(xiàn)波束賦形、多波束掃描、抗干擾置零等功能�；谝陨咸攸c(diǎn),相控陣天線在多目標(biāo)追蹤與探測、遠(yuǎn)距離點(diǎn)對點(diǎn)通信等應(yīng)用中長期發(fā)揮著巨大的作用。近年來,隨著電子信息技術(shù)的迅速發(fā)展和通信容量的爆炸式增長,相控陣天線的研究不再局限于波束掃描功能的開發(fā),而更多地朝著超寬頻覆蓋的方向發(fā)展,以適應(yīng)日益集成化的多功能電子系統(tǒng)的需求。不僅如此,為節(jié)約載體有限的空間和載荷、減小氣動阻力和雷達(dá)散射截面(Radar Cross Section,RCS),往往希望相控陣天線在實(shí)現(xiàn)超寬帶性能的同時(shí)具有較低的剖面高度和較輕的重量。面對上述需求,一種基于緊耦合效應(yīng)的超寬帶相控陣技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。其超寬帶原理為:(1)通過緊密排布陣元來實(shí)現(xiàn)口徑面上近乎穩(wěn)恒的連續(xù)電流分布;(2)提供陣元間電容耦合來抵消反射地板的等效電感;(3)加載介質(zhì)覆蓋層來輔助輻射口徑與自由空間之間的阻抗變換。通常,緊耦合天線陣可實(shí)現(xiàn)至少4:1的阻抗帶寬(Active VSWR3.0)和±45°的波束掃描范圍,其剖面高度約為1/10低頻波長。與傳統(tǒng)的Vivaldi天線陣相比,緊耦合天線陣在同時(shí)實(shí)現(xiàn)超寬帶和低剖面性能方面有著天然的優(yōu)勢。只是,作為一項(xiàng)較新的技術(shù),緊耦合天線陣的研究與設(shè)計(jì)還存在著一些有待探索和改進(jìn)的方向。本論文將從緊耦合相控陣技術(shù)的基本原理出發(fā),以陣列的超寬帶寬角掃描、低剖面化和輕量化為設(shè)計(jì)目標(biāo),對前人甚少涉足的緊耦合一維陣列以及介質(zhì)覆蓋層的有效替代方法等方面開展較為深入的研究。論文的主要研究成果概述如下:1.基于緊耦合效應(yīng)的輕量化超寬帶寬角掃描雙極化線陣的研究過去緊耦合天線陣的研究主要集中于二維陣列,本論文針對機(jī)翼等狹長型應(yīng)用載體,提出一種基于緊耦合效應(yīng)的輕量化超寬帶雙極化線陣。不同于二維陣列,在一維環(huán)境下,雙極化緊耦合陣列上的連續(xù)電流和單元間電容耦合會受到嚴(yán)重破壞,無法滿足超寬帶的實(shí)現(xiàn)條件。為解決該問題,本文提出了一系列補(bǔ)償設(shè)計(jì)措施。經(jīng)仿真驗(yàn)證,所提出的雙極化線陣在激勵(lì)垂直極化和水平極化時(shí),可分別實(shí)現(xiàn)5:1(0.4~2 GHz)和4:1(0.5~2 GHz)的阻抗帶寬(Active VSWR3.0),波束掃描范圍均為±60°,陣面寬度則小于一個(gè)高頻波長。由于在該工作頻段內(nèi)加載介質(zhì)覆蓋層會大大增加線陣重量,本文還提出兩種輕量化設(shè)計(jì)方案,并最終選用重量更輕的頻率選擇表面加載來替代介質(zhì)覆蓋層。為對該設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證,加工并測試了一款26單元的線陣樣機(jī),其實(shí)驗(yàn)與仿真結(jié)果具有良好的一致性。2.基于緊耦合開路折疊偶極子的超寬帶寬角掃描陣列的研究緊耦合陣列中的介質(zhì)覆蓋層厚度通常約為1/4高頻波長,不僅增加陣列的剖面高度,在應(yīng)用于UHF等較低頻段時(shí)還面臨著重量過大的問題。對此,本文提出一種基于緊耦合開路折疊偶極子的超寬帶超寬角掃描陣列天線形式,以實(shí)現(xiàn)對基于介質(zhì)加載的傳統(tǒng)寬帶阻抗匹配技術(shù)的替代。該設(shè)計(jì)中,由開路折疊偶極子提供額外的電抗分量,與饋電結(jié)構(gòu)集成后構(gòu)成多級阻抗匹配網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)超寬帶和超寬角掃描功能。不僅如此,該陣列的剖面高度度也可以有效降低。仿真結(jié)果表明,該陣列在7.33:1(0.3~2.2 GHz)的阻抗帶寬內(nèi)(Active VSWR3.0),可實(shí)現(xiàn)E面和D面內(nèi)±70°的波束掃描,以及H面內(nèi)±50°的波束掃描,其剖面高度僅為0.08倍的低頻波長。為對該設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證,加工并測試了一款8×8陣列樣機(jī),實(shí)驗(yàn)結(jié)果與陣列仿真結(jié)果十分吻合。3.開口環(huán)加載的低剖面超寬帶緊耦合天線陣的研究為進(jìn)一步降低緊耦合天線陣的剖面高度,本文提出一種具有寬帶調(diào)諧作用的平面印刷開口環(huán)加載,以幫助緊耦合天線陣實(shí)現(xiàn)超寬帶阻抗匹配。該陣列在7.2:1(0.3~2.15 GHz)的阻抗帶寬內(nèi)(Active VSWR3.0)可實(shí)現(xiàn)E面±70°、H面±45°和D面±65°的波束掃描,其剖面高度僅為0.067倍的低頻波長,是目前已實(shí)現(xiàn)的不使用有耗加載的超寬帶緊耦合天線陣中剖面高度最低的。該陣列同時(shí)具有極佳的交叉極化純度,在D面掃描時(shí)的交叉極化比接近于理想值。為對該設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證,加工并測試了一款8×8陣列樣機(jī),實(shí)驗(yàn)結(jié)果與陣列仿真結(jié)果具有良好的一致性。此外,還提出該設(shè)計(jì)的雙極化實(shí)現(xiàn)形式。該雙極化陣列同樣可實(shí)現(xiàn)超寬帶寬角掃描和超低剖面高度,且單元間距更大,有助于在實(shí)際應(yīng)用時(shí)減少收發(fā)組件數(shù)目、節(jié)約成本。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN821.8
【圖文】：

電子科技大學(xué)博士學(xué)位論文統(tǒng)[18,19]。目前許多軍事研究的共同方向是將服單個(gè)或少量系統(tǒng)，以最小化載體平臺的面積和減少成本。相應(yīng)地，便需要用單個(gè)或少量超 為型號為 EL/M-2248 MF-STAR 的固態(tài)多功能蹤空中和地面目標(biāo)，并提供火控制導(dǎo)。和國防用途，超寬帶相控陣亦可用于民事應(yīng)用絡(luò)和全球定位等應(yīng)用系統(tǒng)使用波段不同，分散站和無線接入點(diǎn)將這些離散波段集成到單一

基于平面螺旋天線的雙極化寬帶相控陣[20]

使用去耦合網(wǎng)絡(luò)的微帶貼片線陣[25]

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本文編號：2780073