天線作為無線通信系統(tǒng)的空中接口,其性能高低決定整個電子系統(tǒng)的性能。隨著軍事裝備技術(shù)競爭的日益激烈,反輻射導(dǎo)彈技術(shù)得到迅猛發(fā)展,反輻射導(dǎo)彈捕獲、跟蹤,并定向攻擊輻射源目標(biāo)的過程,其彈載端射天線的性能直接決定了導(dǎo)彈的效能。由于反輻射導(dǎo)彈空間狹小、戰(zhàn)斗任務(wù)多樣化,對端射天線技術(shù)指標(biāo)提出了更高要求,如小型化、高增益、寬頻帶、易于共形安裝等。保持端射天線良好端向輻射特性的同時,如何擴(kuò)展其頻帶寬度;如何實現(xiàn)端射天線與金屬彈體共形;如何降低金屬彈體對端射天線性能的影響等問題已成為寬帶端射天線實用化亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)難點。為此,本論文在研究典型端射天線結(jié)構(gòu)、輻射機(jī)理等基礎(chǔ)上,深入研究了對數(shù)周期天線、Yagi-Uda天線、Quasi-Yagi天線等端射天線的帶寬擴(kuò)展、增益提升及小型化機(jī)理,以及寬帶端射共形天線陣列理論與設(shè)計方法等關(guān)鍵技術(shù)。論文的主要研究工作及貢獻(xiàn)如下:(1)提出一種新型單極對數(shù)周期天線結(jié)構(gòu)及2GHz-18GHz端射測向天線陣列。對經(jīng)典單極對數(shù)周期天線進(jìn)行了深入研究。對單極對數(shù)周期天線的輻射方向圖進(jìn)行了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚撏茖?dǎo)。對消除經(jīng)典單極對數(shù)周期天線阻帶的傳統(tǒng)方法進(jìn)行了分析。新型單極對數(shù)周期天線采用微帶-縫隙饋電結(jié)構(gòu),微帶-縫隙饋電結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、易于加工、寬頻帶等優(yōu)點。新型單極對數(shù)周期天線達(dá)到100%的頻帶寬度,具有寬頻帶、結(jié)構(gòu)簡單、易于加工、良好端射輻射特性等優(yōu)點。利用兩款新型單極對數(shù)周期天線(2GHz-6GHz、6GHz-18GHz單極對數(shù)周期天線)組成覆蓋2GHz-18GHz的端射測向天線陣列。在保持彈體氣動布局不變的同時,實現(xiàn)了單極對數(shù)周期天線與金屬彈體的共形。對有限地板導(dǎo)致的電磁波繞射特性、新型單極對數(shù)周期天線陣垂直放置于有限地板上的輻射特性進(jìn)行了分析。為單極對數(shù)周期天線陣在有限地板上的設(shè)計,提供堅實的理論基礎(chǔ)。(2)對Yagi-Uda端射天線進(jìn)行了深入的理論研究。詳細(xì)分析了Yagi-Uda及Quasi-Uda端射天線結(jié)構(gòu)及工作原理。通過對傳統(tǒng)Yagi-Uda天線的理論分析,得到天線振子上的電流在半空間中的輻射公式。對Yagi-Uda天線的遠(yuǎn)場輻射特性進(jìn)行了詳細(xì)的理論分析。設(shè)計了具有15個振子的Yagi-Uda天線,驗證了Yagi-Uda天線的設(shè)計方法,為工程設(shè)計及應(yīng)用,提供了可靠的天線參數(shù)。由于微帶Quasi-Uda端射天線良好的端向輻射性能、易于加工、成本低等優(yōu)點,廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備。對經(jīng)典寬帶微帶Quasi-Yagi端射天線進(jìn)行了深入研究。對寬帶饋電結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法進(jìn)行了研究,并對多種寬頻帶巴倫結(jié)構(gòu)進(jìn)行了比較分析。對Quasi-Yagi端射天線的輻射效率進(jìn)行了研究。經(jīng)理論分析可得,經(jīng)典微帶Quasi-Yagi端射天線的輻射效率達(dá)到93%。(3)提出了一種新型半菱形對拓Quasi-Yagi寬頻帶端射天線,實現(xiàn)Quasi-Yagi天線頻帶寬度的擴(kuò)展及穩(wěn)定的端向輻射特性。半菱形對拓結(jié)構(gòu)的Quasi-Yagi端射天線的頻帶寬度達(dá)到96.6%,比傳統(tǒng)Quasi-Yagi端射天線的頻帶寬度提高了45%。解決了傳統(tǒng)Quasi-Yagi端射天線頻帶寬度窄的缺點,克服了傳統(tǒng)Quasi-Yagi端射天線在高頻范圍內(nèi)的端向輻射惡化的缺點。利用六個半菱形對拓結(jié)構(gòu)Quasi-Yagi端射天線單元,均勻裝載到金屬彈體表面,形成覆蓋5.5GHz-17.3GHz的端射測向天線陣列。提出將半菱形對拓結(jié)構(gòu)Quasi-Yagi端射天線單元裝載到金屬彈體的方法。端射測向天線陣列在5.5GHz-17.3GHz的頻帶范圍內(nèi),輻射方向圖具有?30左右的上翹角度,但能滿足端射測向天線系統(tǒng)的指標(biāo)要求。(4)提出了一種新型寬頻帶巴倫結(jié)構(gòu)、巴倫饋電及周期引向的寬帶Quasi-Yagi端射天線。新型巴倫具有結(jié)構(gòu)簡單、工作頻帶寬(3.1GHz-10.6GHz)等優(yōu)點。利用新型巴倫作為Quasi-Yagi天線的饋電電路,同時在天線前端增加循環(huán)周期性引向器結(jié)構(gòu)。巴倫饋電及周期引向的寬帶Quasi-Yagi端射天線比傳統(tǒng)Quasi-Yagi端射天線的頻帶寬度提高了60%左右。巴倫饋電及周期引向的寬帶Quasi-Yagi端射天線具有良好的端向輻射特性,比未加載周期結(jié)構(gòu)的Quasi-Yagi天線提高了2dBi的增益,端射方向最大增益達(dá)到7.5dBi。(5)提出一種電磁超材料加載的Quasi-Yagi天線。在研究電磁超材料結(jié)構(gòu)與特性基礎(chǔ)上,提出一款簡單的“I”型電磁結(jié)構(gòu),簡化了超材料的設(shè)計及加工難度。提出的電磁超材料加載的Quasi-Yagi天線結(jié)構(gòu),覆蓋4.5GHz-9.5GHz的頻帶寬度,端射方向上的增益達(dá)到4-8dBi,比未加載“I”諧振結(jié)構(gòu)的天線增益提高了2dBi。加載超材料的寬帶端射天線具有良好的端射特性,可以廣泛應(yīng)用于無線通信、制導(dǎo)、測向等電子設(shè)備。上述研究成果能為彈載端射天線單元及陣列設(shè)計提供理論指導(dǎo)和性能評估方法,為彈載寬帶端射天線陣列中金屬載體對端射天線陣工作帶寬、增益、端射特性的影響分析及解決方案提供了新的思路。
【學(xué)位單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TN820

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本文編號：2821023