本文關(guān)鍵詞：微帶共形陣列天線研究與應(yīng)用

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【摘要】：近幾十年來(lái),平面陣列天線的研究取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展,并在很多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,但同時(shí)也暴露出一些難以克服的缺陷。例如,波束掃描角度范圍有限,隨著波束掃描角度的增大增益降低波瓣變寬等。而共形陣列天線作為平面陣列天線概念的延伸,可以很好的解決這些難題。另一方面,微帶天線,因?yàn)槠涞推拭妗⒅亓枯p、低成本、易共形等優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)共形天線時(shí)理想的天線形式。微帶共形天線整合了兩者的優(yōu)勢(shì),在未來(lái)有著非常廣泛的應(yīng)用前景。盡管微帶天線具有諸多優(yōu)勢(shì),但是也有一些不足之處有待改進(jìn),例如帶寬窄,前后比受制于地板大小,會(huì)在介質(zhì)中激勵(lì)起表面波加劇陣列環(huán)境中陣元間互耦等。本論文旨在傳統(tǒng)微帶天線基礎(chǔ)上,研究一些新方法新機(jī)理以改善微帶天線性能,拓展其在共形天線當(dāng)中的應(yīng)用,主要工作及創(chuàng)新點(diǎn)概括如下:第一、基于負(fù)介電常數(shù)傳輸線(ENG TL)的環(huán)加載微帶天線單元及陣列研究。提出了一種改善微帶天線性能的新方法,即在傳統(tǒng)微帶天線周圍加載基于ENG TL的寄生環(huán)。與傳統(tǒng)微帶天線相比,通過(guò)該方法可以展寬天線阻抗帶寬,減小水平方向及后向輻射,抑制介質(zhì)中表面波激勵(lì),降低陣列環(huán)境中陣元間的互耦。首先,基于這種新方法,設(shè)計(jì)了線極化與圓極化的單元天線,并與傳統(tǒng)微帶天線做對(duì)比,通過(guò)對(duì)ENG TL單元結(jié)構(gòu)色散分析以及天線關(guān)鍵參數(shù)的討論闡述了這種新方法的工作機(jī)理。其次,考察了基于ENG TL的環(huán)加載微帶天線單元共形于圓柱載體時(shí),載體半徑的變化對(duì)天線性能的影響。最后,探索了基于ENG TL的環(huán)加載微帶天線在共形陣列天線當(dāng)中的應(yīng)用,設(shè)計(jì)和分析了沿圓錐載體母線方向共形的均勻線陣,沿圓錐載體周向共形的均勻線陣和沿圓柱載體共形的稀布線陣,并且結(jié)合有源方向圖方法和雜草入侵算法對(duì)陣元幅相分布進(jìn)行優(yōu)化以達(dá)到設(shè)計(jì)目的。為了驗(yàn)證方法和設(shè)計(jì)的有效性,加工了天線單元和陣列實(shí)物并進(jìn)行了測(cè)試,實(shí)測(cè)與仿真結(jié)果吻合良好。第二、基于高次模的背腔縫隙天線研究。傳統(tǒng)微帶天線陣設(shè)計(jì)通常采用外接饋電網(wǎng)絡(luò)的方式來(lái)給陣元饋電,雖然可以實(shí)現(xiàn)高增益,但是饋電網(wǎng)絡(luò)的加入一方面增加了天線的設(shè)計(jì)和加工難度,另一方面引入插損降低了天線效率。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題,提出利用腔體高次模的饋電方法,可以在不需要外接饋電網(wǎng)絡(luò)的情況下即可實(shí)現(xiàn)較高增益。首先采用這種饋電方法分電激勵(lì)和磁激勵(lì)設(shè)計(jì)了兩款單點(diǎn)饋電線極化背腔高增益縫隙天線,接著在這基礎(chǔ)上通過(guò)加蓋一層極化轉(zhuǎn)換器將線極化天線轉(zhuǎn)變成圓極化天線,并且天線圓極化狀態(tài)可以通過(guò)極化轉(zhuǎn)換器旋向來(lái)調(diào)整。其次,通過(guò)增加腔體介質(zhì)厚度的電尺寸和加載圓孔的方式,成功實(shí)現(xiàn)了一款可用于毫米波頻段的寬帶高增益高效率背腔縫隙天線。再次,討論了基于高次模的背腔縫隙天線共形于圓柱載體時(shí),載體半徑的變化對(duì)天線性能的影響。最后,將基于高次模背腔縫隙天線應(yīng)用到共形天線設(shè)計(jì)當(dāng)中,分三種不同的應(yīng)用場(chǎng)景分別設(shè)計(jì)了垂直極化全向天線,基于TE150模式的柱面共形相控陣天線和通過(guò)開(kāi)關(guān)切換可實(shí)現(xiàn)半空間圓極化覆蓋的準(zhǔn)球面共形天線陣。第三、高隔離度準(zhǔn)共形微帶天線陣研究。在很多實(shí)際的陣列天線應(yīng)用當(dāng)中,往往期望陣元之間具有較高的隔離度。本文結(jié)合實(shí)際應(yīng)用,設(shè)計(jì)了可應(yīng)用于WLAN MIMO系統(tǒng)的高隔離度準(zhǔn)共形微帶天線陣。采用帶狀線饋電口徑耦合的微帶天線形式作為單元天線,相較于邊饋或者底饋形式的微帶天線,口徑耦合微帶天線在帶寬和交叉極化方面表現(xiàn)更加出色。接著將設(shè)計(jì)的單元天線共形到正六棱柱或棱錐的側(cè)面上,通過(guò)在天線背后引入扼流槽地板和單元間加載溝槽的技術(shù)手段大幅提高了單元間的隔離度。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN822

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