Ka波段波导缝隙天线设计与分析

论文摘要

天线是无线通信系统和雷达系统前端的关键部件之一。毫米波天线以其频谱范围宽、信息容量大、抗干扰性好等优点成为雷达天线研究的热点。通过改变波导缝隙天线的缝隙偏置距离可以实现期望的天线口径分布,从而实现天线的低副瓣特性,这在机载雷达、火控雷达上具有重要应用。本文主要从以下几个方面对Ka波段波导缝隙阵列天线进行了研究：1)介绍了天线的基本电参数、波导缝隙天线的几种等效电路和缝隙导纳的计算方法,分析了单个缝隙的缝隙导纳与偏置距离、谐振长度之间的关系,并讨论了缝隙之间的互耦及其计算方法。2)泰勒加权是工程上应用广泛的低副瓣口径分布,本文详细介绍了泰勒分布的幅值计算方法,利用傅里叶变换的方法研究了泰勒分布的副瓣特性,并给出了宽边纵向并联缝隙阵的理论设计方法和设计步骤。3)结合缝隙天线设计理论和软件仿真设计了一根16单元波导缝隙天线,并对天线参数进行了测量,所得结果与理论仿真基本吻合。4)利用软件仿真了16根波导组成的二维平面阵列天线的方向图,利用HFSS仿真结果分析了耦合对增益和副瓣的影响,之后根据加工天线的测量数据在MATLAB中进行一维相控扫描仿真。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 毫米波缝隙天线的研究意义及应用前景
• 1.2 国内外毫米波缝隙天线的研究概况
• 1.3 本文主要内容和结构安排
• 2 矩形波导缝隙天线理论分析
• 2.1 天线理论基础
• 2.1.1 方向函数与方向图
• 2.1.2 方向图参数
• 2.1.3 增益系数
• 2.1.4 输入阻抗
• 2.1.5 频带宽度
• 2.2 波导缝隙天线辐射单元的种类以及等效电路分析
• 2.2.1 Stevenson等效电路法
• 2.2.2 Hung Yuet Yee计算式
• 2.2.3 矩量法在纵向缝隙理论分析和计算中的应用
• 2.3 矩形波导宽边纵向裂缝单缝等效模型分析
• 2.3.1 等效导纳与S参数的关系
• 2.3.2 等效导纳与谐振长度和偏置距离的关系
• 2.4 波导缝隙之间互耦理论分析
• 2.4.1 缝隙之间互耦阻抗的等效电路和理论计算
• 2.4.2 振子之间的耦合阻抗的理论计算
• 2.5 本章小结
• 3 Ka波段低副瓣波导缝隙线阵天线理论与设计
• 3.1 阵列天线基本理论
• 3.1.1 均匀直线阵
• 3.1.2 阵列天线的基本特性
• 3.1.3 一维线阵的口径分布
• 3.2 波导缝隙天线阵理论基础
• 3.2.1 波导驻波缝隙线阵
• 3.2.2 波导行波缝隙线阵
• 3.2.3 宽边纵向并联缝隙驻波阵的设计
• 3.3 本章小结
• 4 Ka波段低副瓣波导缝隙线阵天线仿真与实物测量
• 4.1 Ka波段低副瓣波导缝隙线阵天线理论仿真设计
• 4.1.1 Ka波段低副瓣波导缝隙天线设计指标
• 4.1.2 Ka波段低副瓣波导缝隙线阵天线仿真设计
• 4.2 Ka波段低副瓣波导缝隙天线实物测量与结果分析
• 4.2.1 16单元波导缝隙天线驻波系数的测量
• 4.2.2 16单元波导缝隙天线方向图的测量
• 4.2.3 毫米波单根缝隙天线加工误差分析
• 4.3 本章小结
• 5 由波导缝隙天线组成的一维相位扫描阵列天线仿真
• 5.1 线性相控阵天线工作原理
• 5.1.1 线阵与简化的线阵方向图
• 5.1.2 线阵相控阵天线波束扫描的栅瓣位置
• 5.2 由波导缝隙天线组成的阵列天线仿真分析
• 5.2.1 波导缝隙阵列天线仿真
• 5.2.2 波导缝隙阵列天线单元之间的互耦影响
• 5.2.3 由波导缝隙天线组成的一维相位扫描阵列天线相位扫描分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献