128单元Ku波段宽带双频双极化微带阵列天线研究

论文摘要

本文的主要工作是研究了工作于Ku波段的宽频微带功分器、128单元宽带双频双极化微带阵列天线、以及腔体双工器的理论和设计问题。本文首先介绍了3种Wilkinson微带功分器的设计,包括常规的等功分Wilkinson微带功分器,不等功分Wilkinson微带功分器和宽频带等功分Wilkinson微带功分器。并根据课题要求,研制了一个工作频率在11GHz～15GHz的微带线型宽带功分器,仿真与测试结果表明,在此频率范围内输入端口达到良好匹配（ VSWR ? 1.5）,输出端口间的隔离度优于15dB。本文主要研究了128单元宽带双频双极化微带阵列天线。综合运用了缝隙耦合馈电,反相馈电技术,单层贴片结构等技术,设计了4? 8元宽带双频双极化微带天线阵。以该天线阵做为子阵单元,通过外接一分四宽带Wilkinson等功分微带功分器,组成128元宽带双极化微带平面天线阵列,并利用CST仿真软件进行建模仿真。根据优化后的尺寸制作实验模型,实测天线阵水平极化端和垂直极化端在VSWR? 1.5的条件下,分别取得了10.7%和5.02%的相对阻抗带宽,两个极化端口的隔离度优于28dB,两个频段的最高增益分别达到26.2dB和24.1dB,水平极化和垂直极化的交叉极化电平在主瓣宽度内均低于-18dB。仿真和测试结果表明,所设计的阵列天线具有较好的电性能并且基本满足了设计要求。然后通过建立等效电路模型,设计了一种采用E面T型接头的Ku波段腔体双工器,并介绍了整个设计流程。通过仿真优化后得到的回波损耗低于-20dB,相对带宽分别为0.77%和0.75%,插入损耗低于1.2dB,输出端口间的隔离度优于-55dB。最后对全文的工作加以总结,并提出了有待于进一步研究和改进的几个问题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 本文的内容安排及主要工作
• 第二章 微带天线的基本理论和分析方法
• 2.1 微带天线的辐射原理
• 2.2 微带天线的分析方法
• 2.2.1 传输线模型理论
• 2.2.2 空腔模型理论
• 2.2.3 全波分析理论
• 2.3 本章小结
• 第三章 一分四微带功分器的设计
• 3.1 功分器的工作原理
• 3.1.1 阶梯阻抗变换
• 3.1.2 隔离度分析
• 3.2 Wilkinson 等分功分器的设计
• 3.3 Wilkinson 不等分功分器的设计
• 3.4 宽带Wilkinson 等分功分器的设计
• 3.4.1 宽带功分器设计指标
• 3.4.2 宽带功分器设计步骤
• 3.4.3 宽带功分器原理图仿真
• 3.4.4 实验结果分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 32 单元宽带双频双极化微带天线阵的设计
• 4.1 宽带双频双极化微带天线单元的设计
• 4.2 微带平面阵的辐射特性
• 4.3 微带天线阵的调试与测试
• 4.3.1 微带天线阵的调试
• 4.3.2 微带天线阵的测试
• 4.4 32 元天线阵的仿真与测试
• 4.4.1 S 参数的仿真与测试
• 4.4.2 方向图的仿真与测试
• 4.5 本章小结
• 第五章 128 单元宽带双频双极化微带天线阵的设计
• 5.1 微带天线阵的设计
• 5.2 128 元天线阵的设计
• 5.2.1 互耦分析
• 5.2.2 相位补偿
• 5.3 128 元天线阵的仿真与测试
• 5.3.1 S 参数的仿真与测试
• 5.3.2 方向图的仿真与测试
• 5.4 本章小结
• 第六章 Ku波段腔体双工器的设计
• 6.1 带通滤波器的设计
• 6.1.1 低通原型滤波器的变换
• 6.1.2 K 变换器的实现
• 6.2 等效电路模型的设计
• 6.3 腔体双工器的设计
• 6.4 双工器的仿真与测试
• 6.5 本章小结
• 第七章 结束语
• 参考文献
• 致谢
• 作者在攻读硕士期间主要研究成果