超宽频带环槽与锥削槽天线研究

论文摘要

近年来，超宽带无线电技术在移动通信、现代雷达、射电天文等领域的应用日益广泛，因此对这些系统中的重要组件——超宽带天线的研究具有重要意义。平面开槽天线具有结构简单和低轮廓的特点，是优良的天线形式。本文结合研究课题，对两种基于开槽结构的超宽带天线——环槽天线与锥削槽天线进行了研究，作者的主要工作可以归纳如下：1.对微带-槽线转换巴伦进行了研究。本文首先设计了基于耦合线的微带-槽线转换巴伦，采用多种渐变过渡结构，在避免引入金属化通孔的前提下使巴伦可以工作在较低的频率，实现了小型化，并具有超过10倍频的带宽。设计了交叉结型微带-槽线转换巴伦，提出利用微带终端开路枝节与槽线终端短路枝节间的适度耦合展宽巴伦工作带宽的方法，结合非等长阻抗渐变结构，使巴伦具有22倍频工作能力。设计了基于分支线结构的微带-宽槽线转换巴伦，该巴伦具有结构简单和小型化的优点，无需复杂的渐变阻抗变换结构，实现了电磁波从低阻抗的微带线到高阻抗宽槽线的转换。2.对宽带环槽天线进行了研究。文中首先提出了一种覆盖常见通信频段的宽带环槽天线，利用感性与容性加载展宽天线的工作带宽。以此为基础，设计了中馈的背靠背二元阵，将所设计的环槽结构与高度可调的反射地板结合，通过恰当地选取单元与地板间的距离，使天线可以工作在多个彼此连续的频带内，并保持相对稳定的定向辐射特性，实现一副天线对多副窄带天线的替代。3.对超宽带锥削槽天线进行了研究。首先设计了一种单面结构的CPW馈电锥削槽天线。利用椭圆-线性渐变的内轮廓曲线改善天线的带内阻抗匹配，并采用梳状边缘结构有效降低了天线的低频截止频率。所设计天线具有小型化特征，可用于UWB通信系统中。其次，提出了一种改进的对踵Vivaldi天线，通过对天线辐射臂外缘加载渐变缝隙结构扩展天线的低频带宽，并改善了天线的低频辐射特性。最后，设计了一种电阻加载的Vivaldi天线，通过对天线臂进行对称的四电阻加载，实现了天线的小型化与宽带化目标，倍频带宽达到17.5:1，该天线宽度仅为最低工作频率对应波长的五分之一，与传统的超宽带锥削槽天线相比具有明显的小型化优势。4.对超宽带锥削槽阵列进行了研究。设计了用于暗室测量的双极化四元阵。阵列单元采用新型的“井”字型布阵方式，避免方向图栅瓣的同时获得了较高的端口隔离度。设计了一副超宽带双极化8×8单元阵列。所采用锥削槽阵列单元具有±45°扫描能力。通过对单元互耦分析，利用金属边缘结构有效抑制了有限阵列的边缘截断效应，并针对双极化阵列结构特点设计了与辐射单元集成的功分馈电网络。最后根据设计结果加工了阵列样机，验证了设计方法的可行性与正确性。

论文目录

• 作者简介
• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 摘要
• 1.1 论文研究背景与意义
• 1.2 国内外研究历史和现状
• 1.3 论文内容安排及主要工作
• 第二章 基础理论
• 摘要
• 2.1 天线性能参数简述
• 2.2 几种天线的基本工作原理
• 2.3 超宽带天线阵基本概念
• 2.4 本章小结
• 第三章 宽带馈电巴伦设计
• 摘要
• 3.1 引言
• 3.2 微带线与槽线
• 3.3 超宽带耦合线型微带-槽线转换巴伦
• 3.4 超宽带交叉结型微带-槽线转换巴伦
• 3.5 分支线型微带-宽槽线转换巴伦
• 3.6 本章小结
• 第四章 宽带环槽天线研究
• 摘要
• 4.1 引言
• 4.2 宽带环槽天线单元设计
• 4.3 反射板可调的宽带环槽天线设计
• 4.4 本章小结
• 第五章 小型化宽带锥削槽天线研究
• 摘要
• 5.1 引言
• 5.2 梳状边缘加载的小型化 UWB 锥削槽天线
• 5.3 加载渐变边缘结构的对踵 Vivaldi 天线
• 5.4 加载电阻的小型化锥削槽天线
• 5.5 本章小结
• 第六章 超宽带双极化锥削槽天线阵列研究
• 摘要
• 6.1 引言
• 6.2 用于暗室测量的超宽带双极化四元天线阵
• 6.3 超宽带双极化 8×8 单元锥削槽阵列设计
• 6.4 本章小结
• 第七章 全文总结
• 摘要
• 7.1 论文主要研究工作总结
• 7.2 需要进一步研究的问题
• 致谢
• 参考文献
• 攻读博士期间的研究成果