發(fā)布時(shí)間：2020-10-23 16:54

　　 陣列天線與單個(gè)天線相比較,具有更多的設(shè)計(jì)自由度,易于實(shí)現(xiàn)波束掃描、波束賦形、多波束、高增益輻射等。由于陣列結(jié)構(gòu)限制和耦合等問題的影響,平面相控陣天線進(jìn)行波束掃描時(shí),掃描角度有限的問題與增益波動(dòng)的問題是目前亟待解決的學(xué)術(shù)難題。隨著第五代移動(dòng)通信技術(shù)的研究熱潮,毫米波通信成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)。毫米波通信可顯著提高數(shù)據(jù)傳輸率,但毫米電磁波在空間傳播時(shí)損耗大、傳播距離有限。如何提高毫米波天線輻射增益、效率,而拓展毫米波通信有效作用距離是亟待解決的學(xué)術(shù)難題。本學(xué)位論文以平面陣列天線為研究對象,主要針對陣列天線大角度掃描問題、掃描時(shí)主波束峰值增益波動(dòng)大的問題及毫米波高增益高效率輻射問題進(jìn)行研究,提出幾種解決方案,將本論文主要工作總結(jié)如下:第一章回顧陣列天線的發(fā)展歷史,總結(jié)目前陣列天線遇到的挑戰(zhàn)、學(xué)術(shù)研究背景與研究意義,歸納目前實(shí)現(xiàn)大角度掃描相控陣的主要方法以及平面毫米波高增益陣列的典型范例,最后介紹本學(xué)位論文的創(chuàng)新點(diǎn)與主要貢獻(xiàn)。第二章介紹寄生結(jié)構(gòu)在平面微帶大角度掃描相控陣天線、相控陣饋電網(wǎng)絡(luò)中的使用。首先,設(shè)計(jì)微帶偶極子1×6均勻線陣,利用寄生貼片拓展其掃描范圍。以不改變陣列布局和陣列單元尺寸為條件,在天線單元間增加寄生貼片。通過改變寄生貼片尺寸與位置,調(diào)節(jié)陣元互耦作用,從而改變饋電單元有源單元方向圖,明顯展寬陣列俯仰角掃描范圍。其次,基于寄生結(jié)構(gòu),提出了一種通過簡單機(jī)械移動(dòng)而改變輸出信號相位的移相器設(shè)計(jì)。移相結(jié)構(gòu)是在微帶傳輸線上覆蓋高介電常數(shù)、低損耗介質(zhì)板,從而改變微帶傳輸線的等效介電常數(shù)和傳輸常數(shù)。在不同傳輸線上覆蓋不同尺寸的高介電常數(shù)介質(zhì)板,使輸出信號間具有梯度相差。利用兩階移相結(jié)構(gòu),可以使輸出信號間梯度相差值能夠大范圍變化且具有小變化步進(jìn)。設(shè)計(jì)的饋電網(wǎng)絡(luò)具有二十五種移相狀態(tài)且移相性能良好。第三章為了改善平面相控陣天線大角度掃描性能,將差分饋電方法應(yīng)用于相控陣天線設(shè)計(jì)中。首先,以方向圖可重構(gòu)貼片天線為單元設(shè)計(jì)了平面大角度掃描相控陣。陣列單元通過在貼片天線地板上開縫而設(shè)計(jì),利用PIN二極管控制縫隙狀態(tài),改變天線輻射方向圖主波束指向,擴(kuò)展天線輻射方向圖在E面內(nèi)的覆蓋范圍。由于貼片天線采用差分饋電方法,天線遠(yuǎn)場方向圖可保持對稱,同時(shí)保持低交叉極化。陣列可以實(shí)現(xiàn)大角度掃描,主波束峰值增益波動(dòng)小,交叉極化小。其次,以腔體縫隙天線為單元設(shè)計(jì)了雙頻、平面大角度掃描相控陣�？p隙天線具有雙層介質(zhì)板結(jié)構(gòu),通過金屬化過孔構(gòu)造金屬腔�？p隙輻射及差分饋電方法使天線實(shí)現(xiàn)低剖面。天線具有兩個(gè)諧振點(diǎn),輻射方向圖在E面內(nèi)保持寬波束覆蓋且對稱、低交叉極化。陣列中天線的有源單元方向圖在E面內(nèi)的半功率波束寬度寬。在兩個(gè)諧振頻率處,該陣列天線在E面內(nèi)都能實(shí)現(xiàn)俯仰角大角度掃描。第四章將口徑天線與陣列理論、陣列饋電方法相結(jié)合,構(gòu)造高性能60 GHz陣列天線。展寬原口徑天線的物理口徑,以原輻射口徑為單元,在口徑面上進(jìn)行組陣。利用傳輸線對輻射口徑串聯(lián)饋電,避免反相電磁場輻射,使口徑天線的增益得到提升�？趶矫嫔想姶艌龇植甲兊酶o湊,天線的口徑效率得到提升。并且,通過優(yōu)化輻射口徑的位置與尺寸、傳輸線尺寸,采用差分饋電的方法,毫米波天線可實(shí)現(xiàn)高增益、高口徑效率、寬帶、穩(wěn)定輻射方向圖、低交叉極化等。第五章總結(jié)本學(xué)位論文的主要工作、關(guān)于平面大角度掃描及高增益陣列未來研究內(nèi)容與應(yīng)用的展望。
【學(xué)位單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN820
【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景及意義
        1.1.1 發(fā)展歷史
        1.1.2 研究意義
    1.2 陣列天線研究現(xiàn)狀
        1.2.1 平面大角度掃描陣列研究進(jìn)展
        1.2.2 平面高增益陣列研究進(jìn)展
    1.3 研究工作的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)和主要貢獻(xiàn)
    1.4 本學(xué)位論文的章節(jié)安排
第二章 基于寄生結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)平面微帶大角度掃描相控陣
    2.1 基于寄生貼片拓展微帶偶極子相控陣掃描范圍
        2.1.1 引言
        2.1.2 陣列天線設(shè)計(jì)原理及模型
        2.1.3 陣列仿真與測試結(jié)果
    2.2 基于寄生介質(zhì)、具有簡單移相結(jié)構(gòu)的低成本饋電網(wǎng)絡(luò)
        2.2.1 引言
        2.2.2 移相原理與饋電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
        2.2.3 仿真結(jié)果
    2.3 小結(jié)
第三章 差分饋電大角度掃描相控陣天線設(shè)計(jì)
    3.1 差分饋電方向圖可重構(gòu)貼片天線及其陣列
        3.1.1 引言
        3.1.2 天線設(shè)計(jì)與結(jié)果
        3.1.3 陣列設(shè)計(jì)與結(jié)果
    3.2 差分饋電雙頻段低剖面縫隙天線及其陣列
        3.2.1 引言
        3.2.2 縫隙天線設(shè)計(jì)
        3.2.3 饋電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與天線集成
        3.2.4 陣列設(shè)計(jì)與結(jié)果
    3.3 小結(jié)
第四章 基于陣列理論設(shè)計(jì)平面高增益口徑天線
    4.1 引言
    4.2 天線設(shè)計(jì)原理及結(jié)構(gòu)
        4.2.1 工作原理
        4.2.2 輻射口徑沿x方向組陣
        4.2.3 輻射口徑沿y方向組陣
        4.2.4 性能分析
    4.3 天線測試
        4.3.1 天線I
        4.3.2 天線II
        4.3.3 天線性能討論
    4.4 總結(jié)
第五章 結(jié)論與展望
    5.1 全文工作總結(jié)
    5.2 未來工作展望
致謝
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間取得的成果

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本文編號：2853296