本文關鍵詞：平面空饋陣列天線的設計與研究　出處：《西安電子科技大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

  更多相關文章： 平面空饋陣列天線 反射陣 透射陣 寬帶圓極化 雙頻圓極化 多極化 單層結構 低剖面

【摘要】：隨著現(xiàn)代無線通信技術的飛速發(fā)展和電子設備的不斷升級,系統(tǒng)對天線的性能也提出了越來越高的要求。由于平面空饋陣列天線兼具空氣耦合饋電天線和微帶陣列天線的特點,具有高增益、低剖面、饋電簡單、波束設計靈活等優(yōu)點,逐漸受到國內外研究學者的廣泛關注并發(fā)展成為天線領域的重要研究方向之一。因此,對平面空饋陣列天線技術展開研究具有重要的意義。本文對平面空饋陣列天線的兩大分支-反射陣天線和透射陣天線進行了深入研究,在系統(tǒng)地總結了前人的研究成果的基礎上,提出并設計了多種具有廣闊應用前景的新型平面空饋陣列天線,主要研究內容可以概括為如下幾個方面：1.對寬帶圓極化反射陣天線進行設計和研究。提出了一種單層雙開口圓環(huán)反射陣單元,通過對其結構參數(shù)進行優(yōu)化獲得了寬帶的工作性能,然后將其用于旋轉圓極化反射陣天線設計,分別實現(xiàn)了21.4%的2-dB增益帶寬和35.3%的3-dB軸比帶寬。2.對雙頻圓極化反射陣天線進行設計和研究。首先,提出了兩種工作在不同頻率的單層結構的十字單元,通過仿真得到,兩種單元之間的相互影響作用很小,然后將這兩種單元用于雙頻圓極化反射陣設計,結果表明設計的透射陣天線在高頻段獲得了11.1%的1-dB增益帶寬和20.3%的3-dB軸比帶寬,在低頻段獲得12%的1-dB增益帶寬和9.9%的3-dB軸比帶寬。其次,提出了兩種工作在不同頻率的FSS地板結構的反射陣單元,然后將這兩種單元用于雙頻旋轉圓極化反射陣設計。該天線利用不同F(xiàn)SS結構在不同頻段呈現(xiàn)不同反透射特性的特點,有效地減小高低頻單元之間的相互影響作用,并且通過單元旋轉控制相移技術在高低頻段分別獲得了16.3%和7.5%的3-dB軸比帶寬。最后提出并設計了一種單層結構的雙頻寬帶圓極化反射陣天線。該天線通過利用不同周期尺寸的高低頻單元和不同的相位補償方法,實現(xiàn)了高低頻單元之間的良好隔離。結果表明了該天線在高頻段獲得了14.1%的1-dB增益帶寬和42%的3-dB軸比帶寬,在低頻段獲得15.1%的1-dB增益帶寬和22.9%的3-dB軸比帶寬。3.對電控波束掃描反射陣天線進行設計和研究。首先,提出了一種加載5對電開關的開口類橢圓環(huán)單元并將其用于電控波束掃描反射陣天線設計。通過靈活控制陣列上每個單元的開關狀態(tài)該天線能夠實現(xiàn)波束掃描。其次,提出了一種加載電開關的方環(huán)單元并對其結構參數(shù)和開關數(shù)量進行優(yōu)化,然后利用最終優(yōu)化單元設計了一款電控波束掃描反射陣。仿真結果表明該天線能夠實現(xiàn)±40度范圍內的波束切換。最后,提出了一種僅加載3個電開關圓環(huán)單元并將其用于圓極化電控波束掃描反射陣設計,通過合理控制每個單元上的開關狀態(tài)就可以實現(xiàn)反射相位的動態(tài)變化,從而使天線具備波束掃描能力,結果表明該天線能夠實現(xiàn)一定角度范圍內波束掃描。4.對低剖面高口徑效率透射陣天線進行了設計和研究。首先,提出了一種雙層結構的方環(huán)形縫隙單元,該單元采用改變縫隙尺寸的方式調節(jié)透射相移,之后對該單元的結構參數(shù)進行優(yōu)化并利用最終優(yōu)化單元設計了一款透射陣天線,通過仿真證明了該天線獲得了12%的2-dB增益帶寬。其次,提出了一種雙層結構的三維十字振子單元并利用其設計了一款透射陣天線。其縱向剖面高度僅為中心頻率處的0.22λ,相比于傳統(tǒng)二維結構的透射陣天線具有相對較低的剖面高度,并且獲得了高達64%的峰值口徑利用效率。最后,提出了一種正交方向上尺寸不同的三維十字振子單元并將其用于旋轉圓極化透射陣設計。由仿真結果可知,該天線獲得了15.4%的3-dB軸比帶寬和32%的峰值口徑利用效率。5.對多極化透射陣天線進行了設計和研究。提出了一種三層結構的矩形環(huán)縫隙單元,該單元通過調節(jié)正交方向的縫隙尺寸就可以獨立控制不同極化方向的透射相位,之后將其用于多極化透射陣天線設計。該天線通過合理調整線極化饋源天線的空間旋轉角度就可以實現(xiàn)不同極化方式的方向圖的切換,而且測試結果表明該天線的輻射方向圖在5.5 GHz-6.5 GHz的頻帶內具有較好的一致性。
[Abstract]:With the continuous upgrading of the rapid development of modern wireless communication technology and electronic equipment, the performance of the antenna system is also put forward higher requirements. Because of the characteristics of planar space fed array antenna both air coupled antenna and microstrip array antenna, high gain, low profile, simple feed, the advantages of flexible beam design. Gradually by domestic and foreign researchers paid more attention and become one of the most important research direction of the antenna field. Therefore, research on planar space fed antenna array technology has important significance. The two branches of the planar array antenna space fed reflectarray antenna and transmission array antenna is studied, based on system summarizes the previous research results, proposed and designed a variety of promising novel planar space fed antenna array, the main research contents can be summarized as follows Several aspects: 1. of broadband circularly polarized reflectarray antenna design and research. This paper proposes a single double opening ring reflectarray element, through the optimization to get the working performance of the broadband on the structural parameters, then used for the design of rotating circular polarized reflectarray antenna, respectively, to achieve the 3-dB axis and 21.4% 2-dB gain the bandwidth and the ratio of 35.3%.2. bandwidth of circularly polarized reflectarray antenna design and research. First, put forward two kinds of work in the cross unit single-layer structure of different frequencies, obtained through simulation, very little interaction between the two units, the two unit for the design of dual band circularly polarized reflectarray and the results show that transmission array antenna design in high frequency was 11.1% 1-dB gain bandwidth and 20.3% 3-dB axial ratio bandwidth of 3-dB axis, 12% 1-dB and 9.9% in the low frequency gain bandwidth than the bandwidth. Second, put forward two kinds of work in the reflection FSS floor structure of different frequencies of the array unit, the two unit for the design of dual band circular polarization rotation reflection array antenna using FSS. Characteristics of the different structure has different anti transmission characteristics in different frequency bands, effectively reduce the interaction between high and low frequency unit, and phase shifting technique in high and low frequency bands were obtained from 16.3% 3-dB and 7.5% axial ratio bandwidth. The unit rotation control are proposed and the dual band broadband circularly polarized reflectarray antenna of a single-layer structure design. The antenna by using the high frequency unit of different period size and phase compensation in different methods, to achieve a good isolation between high and low frequency unit. The result shows that the antenna in the high frequency band achieved 14.1% 1-dB gain bandwidth and 42% 3-dB axial ratio bandwidth, 15.1% 1-dB and 22.9% in the low frequency gain bandwidth The.3. on the 3-dB axial ratio bandwidth of electronic scanning beam reflectarray antenna design and research. Firstly, proposed a load of 5 of electric switch opening elliptic ring unit and the design of electronic beam scanningreflectarray antennas. Through flexible control on the array switch status of each unit of the antenna can realize beam scanning. Secondly, put forward a load power switch unit and the number of square ring structure parameters and switch are optimized, then the final optimized unit designed a control beam scanningreflectarray. Simulation results show that the antenna can realize beam switching + 40 degree range. Finally, put forward a kind of loading only 3 electrical switch ring unit and used for circular polarization control beam scanningreflectarray design, dynamic change by controlling the switching state of each unit can be achieved on the reflection phase, thus The antenna with beam scanning ability, the results show that the antenna can be achieved within the range of a certain angle beam scanning.4. design and research of low profile and high aperture efficiency transmission array antenna. Firstly, we propose a two-level structure of square ring slot units, the unit by adjusting the transmission phase shift change gap size way the structure parameters of the unit are optimized and the optimized unit of a transmission antenna design, the simulation proved that the antenna achieves a 2-dB gain bandwidth of 12%. Secondly, put forward the three dimensional cross dipole unit with a double-layer structure and the design of a transmission antenna. The longitudinal the profile of the center frequency is only 0.22 lambda, compared to the traditional two-dimensional array antenna transmission structure has a relatively low profile, and the utilization efficiency of peak bore up to 64%. After the, Put forward a three-dimensional cross dipole element in a direction orthogonal to different sizes and for the design of rotating circular polarization transmission matrix. The simulation result shows that the antenna achieves a 15.4% 3-dB axial ratio bandwidth and 32% peak aperture efficiency of.5. on multi polarization transmission array antenna is designed and put forward a study. The three layer structure of rectangular ring slot units, the transmission phase of the unit can be independently controlled by adjusting the gap size of different polarization orthogonal direction, then the design for multi polarization transmission array antenna. The antenna can be switched by adjusting rotational angle on the realization of linear polarization antenna of different polarization direction map and the test results show that the radiation pattern of the antenna has good consistency in the 5.5 GHz-6.5 GHz band.

【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN820.15

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本文編號：1368027