微带频扫天线阵列研究与设计

论文摘要

随着空间技术的快速发展,越来越要求雷达天线波瓣作快速而灵活的扫描,这种要求靠天线机械运动是无法满足的,于是电扫描天线逐渐的代替了传统的机械扫描天线。频率扫描天线阵就是电扫描天线的一种,当改变其工作频率时,阵列各单元的相位关系就跟着变化,波瓣指向随之改变。与其它电扫描相比,频扫天线具有结构简单,容易组阵,成本低等优点。本课题主要研究设计了一种微带频率扫描天线,在有限的带宽内实现低损耗、大角度扫描。论文首先简要介绍了宽带微带单元,重点研究了口径耦合微带天线,文中所设计的这种天线的带宽达到22%以上。其次简述了频率扫描天线的工作原理,频扫一天线主要参数的计算以及频扫阵列的设计过程。结合传统的频扫天线设计方法,本文提出了有限频带宽度、宽角扫描、低损耗、结构紧凑和低成本的一维频扫微带天线面阵的方案。该方案采取一系列新措施使带宽、损耗、扫描角、复杂度和成本诸多因素之间的矛盾得到了比较完善的解决。设计过程中采用了IE3D、Ansoft Designer及CST等软件进行建模仿真,并加工实物。仿真结果表明,所设计的频率扫描天线能够达到大角度扫描、低损耗等要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1. 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外发展现状
• 1.3 主要工作及内容安排
• 2. 宽带微带天线单元
• 2.1 展宽微带天线带宽的方法
• 2.2 口径耦合馈电微带天线
• 2.2.1 口径耦合微带天线单元的设计
• 2.2.2 口径耦合微带天线阵列
• 3 频率扫描天线理论
• 3.1 频率扫描天线的基本理论
• 3.1.1 频扫天线的基本物理概念
• 3.1.2 频扫阵列天线的主要参数
• 3.2 频扫天线的工程设计
• 3.2.1 频扫天线主要参数计算
• 3.2.2 慢波线
• 4 宽带频扫微带阵列天线仿真设计
• 4.1 频扫天线阵列总体结构
• 4.2 慢波结构的研究
• 4.2.1 几种传输线的比较
• 4.2.2 微带慢波结构的设计
• 4.3 子阵内的功分器设计
• 4.4 1x2口径耦合微带天线子阵设计
• 4.5 频扫子阵设计
• 4.5.1 馈电网络设计
• 4.5.2 频扫子阵及仿真结果
• 4.6 半刚电缆的选择及4路功分器设计
• 4.7 频扫大阵列仿真
• 5 频扫天线测试结果分析
• 5.1 子阵测试
• 5.2 半刚电缆和4路功分器的测试
• 5.2.1 S参数测试
• 5.2.2 相位测试
• 5.3 频扫大阵列测试
• 5.4 频扫阵列改进
• 5.4.1 对阵列的改进措施
• 5.4.2 4x16频扫阵列设计
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献