空气间隙波导毫米波阵列天线及其在弹箭上的应用

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针对弹箭平台毫米波探测系统小型化、高集成度的特点,本文深入研究了基于空气间隙波导技术的微波网络以及阵列天线,以期待实现单脉冲毫米波主动导引头在弹箭平台中的应用。本文先是提出了适用于弹箭平台的单脉冲毫米波主动导引头系统框架,并依次研究了适用于弹箭的空气间隙波导技术、空气间隙波导六端口直接变频技术以及空气间隙波导二维单脉冲阵列天线。本文所研究的具体内容包括:(1)适用于弹箭平台的单脉冲毫米波主动导引头系统构架。为了实现单脉冲毫米波主动导引头在弹箭平台中的应用,利用六端口技术小型化、结构简易、直接变频的特性,实现了对原有单脉冲系统中超外差接收机的替换,从而简化了系统的构成,满足弹箭平台的应用。(2)小型化高集成的空气间隙波导技术。针对弹箭平台探测系统小型化的特点,提出了基于新型印刷脊空气间隙波导的8×8低副瓣阵列天线。本研究通过多缝隙耦合结构扩展天线单元的带宽;利用新型印刷脊空气间隙波导设计了馈电网络;依照切比雪夫分布,实现了馈电网络的不等功率分配。针对弹箭平台高集成度的特点,提出了空气间隙波导层间过渡结构,实现了空气间隙波导在垂直方向布线空间的扩展。本研究所提出的层间过渡结构包含脊空气间隙波导、双脊空气间隙波导和倒置脊空气间隙波导,不同层间空气间隙波导的电磁场耦合通过金属双探针实现。(3)结构简易的双脊空气间隙波导六端口直接变频技术。为了实现对单脉冲系统中超外差接收机的替代,针对弹箭平台内部空间狭窄的特点,研究了结构简易、可实现直接变频的六端口微波网络。该研究中,基于金属双脊空气间隙波导与微带双脊空气间隙波导的六端口网络分别为高性能与小型化的方案;基于多孔双脊空气间隙波导的六端口网络则为获取更宽带外抑制的前沿研究。(4)小平面尺寸的多层空气间隙波导高性能二维单脉冲阵列天线。为了满足弹箭平台单脉冲系统对测速测角以及测距的需求,针对弹箭平台内部空间狭窄的特点,研究了具有小平面尺寸的多层空气间隙波导二维单脉冲阵列天线。在该研究中,使用波导缝隙天线单元,利用矩形波导/空气间隙波导混合馈电网络以及二维单脉冲比较器,设计了16×16二维单脉冲低副瓣阵列天线。
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