弹载微带缝隙天线的设计与研究

论文摘要

微带缝隙天线具有结构简单、体积小、成本低、频带宽等众多优点,在许多条件下都具有十分广泛的应用前景。因此对于微带缝隙天线进行深入研究具有十分重要的理论意义和工程价值。对于导引头共形相控阵列天线而言,微带缝隙天线凭借其剖面低、极化性能良好等优点而被广泛的使用。本文首先采用等效原理以及唯一性定理对理想情况下微带缝隙天线的理论模型、辐射原理进行初步的分析,接着采用时域有限差分的方法对实际的微带缝隙天线模型进行了进一步的分析和计算。时域有限差分法是对时域麦克斯韦方程组的直接数值解法,本文中对时域有限差分基本方程的求解、模型激励的处理与设置、天线远场辐射特性的分析与计算以及计算结果的稳定性等都作了详细的介绍。论文使用CST微波工作室对上述微带缝隙天线问题进行了数值仿真计算。利用全波法进行电磁场的数值计算,可以更精确地对任意结构和环境下的天线问题进行模拟和计算。首先,本文对平面微带缝隙天线单元进行了结构设计以及参数优化计算。其次,在此基础之上,对工作于弹载表面共形条件下的渐变缝隙天线的特殊形式以及双极化微带缝隙相控天线阵列进行了进一步的研究和仿真。最后,使用前面所设计的天线单元以及阵列在弹载条件下形成和差波束,以应用于采用单脉冲测角体制的雷达系统中。此外,由于天线单元之间的互耦效应对阵列的性能会产生重要影响,本文对互耦效应的产生、影响以及改善进行了初步的讨论。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景及意义
• 1.2 国内外的研究进展
• 1.3 主要研究内容
• 第2章 微带缝隙天线基本理论
• 2.1 微带缝隙天线的理论模型
• 2.2 微带缝隙天线的辐射原理
• 2.3 微带缝隙天线的激励方式
• 2.4 本章小结
• 第3章 时域有限差分法对微带缝隙天线的分析
• 3.1 时域有限差分法的基本原理
• 3.1.1 FDTD基本方程
• 3.1.2 激励的处理与设置
• 3.2 天线的远场辐射特性分析
• 3.2.1 频域远场变换
• 3.2.2 时域远场变换
• 3.3 解的稳定性
• 3.4 本章小结
• 第4章 微带缝隙天线单元的设计与仿真
• 4.1 平面微带缝隙天线的结构与参数设计
• f'>4.1.1 缝隙长度L_f
• f'>4.1.2 缝隙宽度W_f
• 4.1.3 介质材料的影响
• 4.1.4 开缝金属平面的尺寸
• 4.1.5 馈线的尺寸及位置
• 4.2 天线单元的仿真与分析
• 4.2.1 微带缝隙天线单元的仿真
• 4.2.2 天线单元参数的优化
• 4.3 微带渐变缝隙天线的设计与仿真
• 4.3.1 平面渐变缝隙天线结构和性能
• 4.3.2 弹载共形带来的影响及改进
• 4.3.3 和差波束的形成
• 4.4 本章小结
• 第5章 双极化微带缝隙天线相控阵列分析
• 5.1 双极化微带缝隙天线单元设计
• 5.2 相控天线阵列基本原理
• 5.3 双极化微带缝隙天线阵列的仿真
• 5.3.1 平面直线阵列的仿真分析
• 5.3.2 弹载条件下和差波束的形成
• 5.4 互耦效应对阵列性能的影响
• 5.4.1 互耦效应的影响分析
• 5.4.2 互耦效应的仿真研究
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢