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微带天线具有重量轻、剖面小、设计灵活、成本低等诸多优点,在诸如导弹、引信、遥测等方面得到了广泛的应用。随着对微带天线研究的不断深入,微带天线在现代通信领域的应用越来越广泛。各种功能的微带天线阵列层出不穷,微带天线已成为当今天线领域的研究热点,并成为低剖面共形天线的主体。
本文针对Ku波段双极化单脉冲微带天线阵开展研究。重点论述了高隔离度、双极化微带天线技术,研制出用于工程实际的双极化微带天线单元;采用Dolph-Chebyshev综合与Taylor综合对同心圆环天线阵列的性能进行分析与综合;结合同心圆环阵列,设计出单脉冲微带天线阵列的馈电网络。基于Ansoft计算机仿真软件和实验研究,设计出满足实际工程要求的微带天线阵列。
本文的主要工作包括:
对高隔离度的双极化微带天线单元进行了研究。采用寄生贴片技术、等幅反相馈电技术及缝隙耦合馈电技术,研制了宽频带、高隔离度的双极化天线单元。
通过理论分析与计算机仿真,详细分析和比较了各种单元结构和电性能的优缺点,得到了满足指标要求的单元形式。所研制的天线单元,其水平极化采用临近耦合的馈电方式,垂直极化采用缝隙耦合的馈电方式,两种极化的馈线分别放置在不同的介质层上。仿真与测试结果表明,端口隔离度小于-33dB,极化隔离度达到-50dB,增益为7.16dB,驻波比小于1.5的相对带宽达到4[%]。
对单脉冲阵列技术做了理论分析与研究,详细阐述了同心圆环阵列的基本理论与实现技术。采用多圈同心圆环阵列天线技术,较大改善单层环形阵的辐射特性,特别是天线阵的低副瓣特性。而且,易于实现差波束覆盖和波束的所有副瓣。
为了实现单脉冲的天线性能,针对多圈同心圆环阵列天线,对和差馈电网络进行了理论分析与设计。基于分支电桥的和差网络技术,选用十字型排列的形式,设计出适合于多圈圆形阵列天线的和差馈电网络。
对双极化单脉冲微带天线阵列进行了分析与设计。利用泰勒综合的方法,综合出能满足低副瓣要求的馈电幅值。采用串馈和并馈相结合的方法,设计了同心圆环阵的馈电网络。最后,用Ansoft designer仿真软件对整个阵列进行了仿真分析。
研究结果表明,采用14.7个波长的阵面,天线阵的增益达到29.6dB,副瓣电平小于-23dB,端口隔离度小于-41dB,极化隔离度达到-60dB。