基于互耦效应的宽带相控阵技术研究

论文摘要

随着现代无线技术的快速发展,相控阵天线被广泛地应用于雷达和通信系统中,并且常常要求其相控阵天线具有宽频带甚至超宽频带特性。宽带相控阵具有特殊的研究价值和应用意义。传统的宽带相控阵是基于先设计孤立的宽带天线阵元再设计宽带相控阵的设计思想,但由于受阵元间互耦效应的影响,其带宽拓展受到限制。本文针对在近几年出现的一种基于互耦效应的宽带相控阵列天线展开了相关的研究工作。论文的主要内容包括以下几个部分:本文首先介绍了宽带相控阵的研究意义和研究现状,并对基于互耦效应的宽带相控阵的基本原理进行了较为详细阐述。其次,在基于互耦效应的宽带相控阵的阵元形式的优化设计方面,本文提出了一种结合电磁全波仿真软件与差分进化优化算法相结合的优化设计方法,并利用该方法设计出了在宽扫描角范围内具有4个倍频程以上的一维宽带相控阵线阵形式。第三,在一维宽带相控阵线阵的馈电结构设计方面,本文设计出了一种呈交错排列的渐变式微带巴伦阵结构,该设计不仅改善了馈线的传输效果,还能方便馈线与同轴接头相连。此外,本文还提出了一种针对1×16相控阵线阵实现波束扫描验证的简易馈电网络布局设计。最后,对设计出的1×16相控阵线阵进行了原理性实验验证。测试结果验证了该相控阵线阵的宽频带特性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 宽带相控阵技术的研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的主要内容及结构安排
• 第二章 基于互耦效应宽带相控阵的理论和背景
• 2.1 相控阵列天线的基本原理
• 2.2 宽带相控阵的研究背景
• 2.2.1 宽频带天线基本原理
• 2.2.2 宽带相控阵的研究背景介绍
• 2.3 基于互耦效应宽带相控阵的研究背景及基本原理
• 2.3.1 基于互耦效应宽带相控阵的提出背景
• 2.3.2 基于互耦效应宽带相控阵的设计原理
• 2.4 本章小结
• 第三章 高频电磁仿真软件-优化算法接口程序的开发
• 3.1 高频电磁仿真软件（HFSS）
• 3.1.1 Ansoft HFSS 简介
• 3.1.2 HFSS 中的脚本命令
• 3.2 差分进化算法（DE）简介
• 3.3 HFSS-DE 接口程序的开发和应用
• 3.3.1 接口程序的开发
• 3.3.2 接口程序的应用
• 3.4 本章小结
• 第四章 宽带相控阵天线的初步设计与测试
• 4.1 交指型天线单元的设计
• 4.1.1 交指型天线单元结构
• 4.1.2 交指型天线单元的模拟
• 4.2 馈线结构的初步设计
• 4.2.1 渐变式微带巴伦馈线的设计
• 4.2.2 馈电网络的设计
• 4.2.3 本节小结
• 4.3 无限大阵列环境中天馈单元的模拟
• 4.3.1 二维无限大面阵环境中天馈单元的模拟
• 4.3.2 一维无限大线阵环境中天馈单元的模拟
• 4.4 有限大相控阵列天线的模拟
• 4.4.1 二维有限大相控阵面阵的模拟
• 4.4.2 一维有限大相控阵线阵的模拟
• 4.5 线阵天线的加工和测试
• 4.5.1 线阵天线的加工
• 4.5.2 线阵天线的测试
• 4.6 本章小结
• 第五章 宽带相控阵线阵天线的设计改进
• 5.1 H 面方向图的改善
• 5.2 渐变式微带巴伦的改进
• 5.3 加入移相器后的馈电网络设计
• 5.4 改进型相控阵线阵天线的测试结果
• 5.5 本章小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的成果