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天线作为收发电磁波的装置,在现代无线通信系统中应用越来越广泛。而通信技术的发展同时也给天线提出了越来越高的要求。在实际应用情景中,往往出于外观美观或其他尺寸限制,需要在有限的空间内使多副天线共用同一辐射口径面在各自的频段内正常工作,即共口径天线技术。本文从天线的基本理论出发,设计了三类共口径阵列天线。按照双频单极化共口径阵列天线、双频双极化共口径阵列天线、双频双圆极化共口径阵列天线的过程,首先分别设计工作于不同频段的天线单元,然后对多频共口径的一体化结构进行了综合设计与仿真,最后通过进一步分析、调节,对共口径状态下不同工作频率天线之间的互耦进行了抑制和改善。主要内容概括如下:1.首先设计了一副双频单线极化共口径阵列天线。低频段的工作频率为825-880MHz,高频段的工作频率为1.71-2.62GHz,低频天线与高频天线均要求为线极化。设计步骤简要概括如下:首先分别设计并仿真了低频天线单元与高频天线单元,低频天线与高频天线单元均采用宽带印刷偶极子结构。统计并分析单元的增益仿真结果发现,低频天线只需要一个单元即可满足指标,而高频天线则需要以高频天线单元为阵元构成2×2的二维阵列以满足指标。为实现高频天线与低频天线实现共口径辐射以节省空间,将高频天线的四元阵列放置于低频天线的上下留白位置,然后进一步调节四元阵的间距和位置以减小低频天线与高频天线间的互耦,最后添加高频天线四元阵列对应的馈电网络,以进行整体综合仿真。仿真结果显示,低频天线与高频天线的交叉极化电平均在-30dB以下,且在天顶方向上的增益分别达到了8.64dBi和12.3dBi,均满足指标要求。2.然后设计了一副双频双线极化共口径阵列天线。低频段的工作频率为825-880MHz,高频段的工作频率为1.71-2.62GHz,低频天线和高频天线均要求为双线极化。首先分别设计并仿真了低频天线单元与高频天线单元,其中低频天线单元采用H型缝隙耦合微带天线;高频天线单元采用宽带振子结构,且低频天线与高频天线各自通过两个正交的单元来实现双极化。然后发现低频天线仍然只通过一个单元即可满足指标;而高频天线仍需构成2×2的二维阵列来满足要求。最后将高频天线与低频天线相邻排列放置,并设计一分四威尔金森功分器用以高频天线的四元阵列馈电。综合仿真结果表明,该天线实现了在方位面有限的空间内(φ<360mm)低频段(825-880MHz)的VSWR<2、增益大于7dBi、波束宽度大于60°;在高频段(1.71-2.62GHz)内的VSWR<2、增益大于10dBi、波束宽度大于35°。3.最后设计了一款双频双圆极化单脉冲天线。低频段的工作频率为C频段(3.9±0.1GHz),高频段的工作频率为X频段(10±0.1GHz),低频天线与高频天线分别要求为右旋圆极化、左旋圆极化。设计步骤简要概括如下:首先分别设计并仿真了低频天线单元与高频天线单元,低频天线与高频天线单元均采用H型缝隙耦合微带天线,并印刷于同一层,然后旋转复制构成2×2的阵列,再利用顺序旋转馈电技术分别设计高低频天线的馈电网络以产生圆极化所需的依次90°的相位差,进而分别实现右旋圆极化(C频段)和左旋圆极化(X频段)。最后根据单脉冲天线的基本原理,相应设计了低频天线和高频天线对应的和差网络,以分别在C频段和X频段实现空间内和波束与差波束的扫描。仿真结果显示天线的圆极化性能良好,在天顶方向交叉极化均在-40dB以下;和波束增益达到12.9dB,差波束零深小于-40dB。