相控陣天線具有快速的波束掃描能力和靈活的波束形成能力等優(yōu)點,在現(xiàn)代雷達和通信系統(tǒng)中得到了廣泛運用。未來先進多功能電子系統(tǒng)將把通信系統(tǒng)、雷達系統(tǒng)、電子戰(zhàn)系統(tǒng)、定位系統(tǒng)等諸多子系統(tǒng)集成于一個單一孔徑,因而對相控陣天線同時具備寬工作帶寬、寬角波束掃描、低剖面以及低散射等性能提出了迫切需求。強耦合寬帶相控陣將陣元間互耦效應視為有利因素,在寬帶寬角掃描以及低剖面等性能上表現(xiàn)出獨特優(yōu)勢�；趶婑詈闲膶拵嗫仃囂炀�設計思想突破了傳統(tǒng)陣列天線理論框架的限制,有望為具有低剖面、低散射特性的寬帶寬角掃描相控陣天線的實現(xiàn)開辟新途徑。本論文以解決相控陣天線面臨的上述需求為出發(fā)點,對強耦合寬帶相控陣的輻射與散射特性展開協(xié)同研究,并提出多種關于強耦合寬帶相控陣的有效散射控制方法。本文主要內(nèi)容概括如下:1.強耦合寬帶天線陣輻射與散射特性平衡實現(xiàn)技術研究關于強耦合寬帶天線陣的研究一般主要集中在其輻射特性,對散射特性的關注和研究則相當薄弱。本文開展關于強耦合寬帶天線陣的輻射與散射特性平衡實現(xiàn)技術研究,提出一種同時具有超寬帶寬角掃描特性以及超寬帶低后向散射特性的強耦合偶極子天線陣設計方法。通過二端口等效網(wǎng)絡分析模型對... 

【文章來源】：電子科技大學四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：143 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

典型漸變開槽單元結構[29]

第一章緒論3現(xiàn)10倍頻帶寬；如果H=λhigh/2（后續(xù)提到的其他形式寬帶天線陣的典型剖面高度）則僅僅只能獲得2:1帶寬。因此為了實現(xiàn)優(yōu)秀的寬帶阻抗匹配性能，漸變開槽陣列的縱向尺寸一般都比較大，通常為2~3λhigh。另外，為了避免發(fā)生單元自諧振，陣列相鄰單元之間需要電連接[31]。如圖1-2所示為美國Kansas大學與海軍研究實驗室聯(lián)合報道的一款工作頻段為2~18GHz、最大掃描角為30°的8×8雙極化Vivaldi面陣[32]。該陣列主要用于對海面上的冰雪進行全極化測量和精細測繪以估算積雪厚度，但此陣列的剖面高度更高，達到了6.24λhigh。圖1-1典型漸變開槽單元結構[29](a)(b)圖1-2實際有源激勵口徑為8×8的雙極化Vivaldi面陣[32]。(a)正面；(b)背面漸變開槽陣列的較高剖面高度還會導致陣列掃描時交叉極化電平的升高[28,33]，這是因為沿著槽線方向存在很強的垂直于陣列平面的電流。當陣列側射輻射時，這些電流不會產(chǎn)生輻射；可是一旦陣列進行掃描就會引起嚴重的交叉極化輻射，甚至還會出現(xiàn)交叉極化輻射電平超出主極化電平的“極化反轉”現(xiàn)象，特別是在對角面內(nèi)掃描時這種惡化更為明顯，甚至可能會在低至30°的掃描角時就會發(fā)生此現(xiàn)象[28]。對于雙極化陣列來說，盡管使用校正算法[28]可以用于提高極化純度，但是卻不能做到在整個帶寬和掃描范圍內(nèi)都有明顯改善效果。如何徹底有效地解決漸變開槽陣列在對角面內(nèi)掃描時存在的交叉極化過高的問題一直困擾著國內(nèi)外相關學者。2018年，馬薩諸塞大學阿默斯特分校M.N.Vouvakis團隊的J.T.Logan提出一種切片式漸變開槽陣列形式[18]。如圖1-3所示，通過將常規(guī)漸變開槽陣列每個單

萍即笱Р┦墾?宦畚?4元表面的槽線導體部分切割成完全分立的薄片，且保持相鄰薄片之間間隔足夠小以形成強電容耦合效果，這樣就能有選擇性地調控并約束槽線上的垂直電流幾何路徑和幅度，以達到平衡槽線區(qū)域內(nèi)的垂直電流與水平電流之比的目的，進而實現(xiàn)對交叉極化的有效控制。實驗證實該切片式陣列相比于常規(guī)陣列在D面內(nèi)高頻處的極化純度提高了20dB以上。但該陣列的剖面高度與常規(guī)陣列無異，仍然高達3λhigh。毋庸置疑的是，由于在低剖面和低交叉極化等性能上難以兼顧，漸變開槽陣列在某些應用場景下勢必會受到限制。圖1-3切片式漸變開槽陣列[18]以克服漸變開槽陣列的性能缺陷為動力，不斷激發(fā)了相關學者對其他寬帶天線陣形式的關注和研究熱情。特別地，一些由類偶極子單元組成的陣列逐漸發(fā)展起來并期望能夠作為漸變開槽陣列的替代形式。同漸變開槽陣列一樣，這類陣列從外觀上看也是垂直集成在接地平板上的一系列PCB片，如圖1-4(b)所示[37]。但這類陣列不再需要用到Knorr巴倫，剖面高度也更低，基本上約λhigh/2，且沿著對角面內(nèi)掃描時可以保持較低的交叉極化特性。另外，相鄰單元之間也不需要電連接，因而保證了在機械組裝上的便利。對跖Vivaldi陣列（antipodalVivaldiarray，AVA）[34]就是這類陣列形式的典型代表。為了進一步降低AVA的交叉極化電平，后來又演變成平衡對跖Vivaldi陣列（balancedantipoalVivaldiarray，BAVA）[35-37]。從圖1-4(a)可見[37]，BAVA單元包含由三層帶線結構形成的偶極子臂。每個偶極子臂從較窄饋線處就開始發(fā)生錐削漸變效果，并在單元匹配至50Ω的過程中充當阻抗變換枝節(jié)的角色，一個臂直接與50Ω非平衡端口相連，另一個臂直接與地平面相接觸。M.Elsallal發(fā)現(xiàn)直接采用這種饋電方式會產(chǎn)生嚴重的共模諧振?


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