微带相控阵天线的设计与制作

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相控阵天线由于其所具有的辐射效率高、波束控制灵活、扫描速度快等优点,在无线通信、射频识别以及商业车载预警雷达等方面具有广泛的应用,从而,成为国内外许多学者关注和研究的对象。本文在详细分析印刷准八木天线的辐射特性、反射式模拟移相器以及ARM控制电路原理的基础上,设计并制作了一套工作于2.4GHz的两单元微带相控阵天线系统。实测结果表明:此天线阵可实现-20°~+14°波束连续扫描。本文首先介绍了相控阵列天线所采取的天线单元形式—印刷准八木天线的设计。在分析准八木天线的各个尺寸参数对天线性能影响的基础上,设计出了工作频率为2.4GHz、沿E面排列的两单元准八木天线阵。其次,本文设计并制作了基于变容二极管的反射式模拟移相器和Wilkinson功分器。在中心频率2.4GHz处, Wilkinson功分器输入输出端口回波损耗均小于-15dB,输出端口间的隔离度为-20dB,传输损耗为-3.52dB。移相器可实现75°~165°连续可调相移,最大相移达到了90°,插入损耗在-3.3dB~-4.5dB内变化。然后,本文采用STM32F103RET6微处理器作为核心部件,设计了模拟移相器的控制电路。并编写了一个基于VISUAL C++上位机界面。在上位机中输入所要求的天线的扫描角度、扫描方式,硬件电路即可通过软件查询、数模转换,输出两路相应的电压,并在液晶上显示当前扫描角度。最后,将两个准八木天线、两个模拟移相器、一个Wilkinson功分器制作在一块介质板上,加上硬件控制电路和上位机控制软件,就得到本文所设计的相控阵天线系统。实测结果表明,在中心频率2.4GHz处,两单元天线阵列可以实现-20°~14°连续波束扫描。本文给出了阵列天线单元、相移器、功率分配器以及控制电路等全部设计过程,结果表明,该系统是可行的。但扫描角范围不够宽,有待于进一步研究。
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