环形内向双极化对数周期天线阵波束形成技术研究

论文摘要

对数天线作为一种典型的与频率无关的天线得到广泛应用。当用对数周期天线来组阵,形成高增益的窄波束时,对数天线有其特殊性。直线阵和平面阵难以保持其超宽频带特性,一般采用内向环形阵或扇形阵来实现对数阵列的超宽带特性。本文从理论上详细阐述了对数天线的特点和计算方法,对其组成的双极化内向阵中单元天线的方向图和相位特性进行了分析。提出了波束合成的方法,并对波束性能进行模拟,形成了两种极化的窄波束、宽波束和全向波束。由于环境条件及测试手段限制,短波大型天线阵列的方向图测试十分困难。基于阵的旋转对称特性,本文提出采用等角度间隔的多个相同波束空间抽样的方式,对定点辐射源测试,实现了对窄波束的方向图测试,验证了波束合成的合理性。通过对测试数据的分析,对该阵在测试中发现的一些问题,提出了相应的解决思路。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• Ⅰ 引言
• 1.1.课题的来源及目的
• 1.2.目前国内的一些对数组阵情况
• 1.3.国外的应用情况
• 1.4.本系统的特点及要求
• Ⅱ 对数周期天线
• 2.1.对数周期天线结构
• 2.2.对数周期天线的分析方法
• 2.3.圆柱导体电流分布的积分方程
• 2.4.积分方程的矩量法解
• 2.5.矩量法分析LPDA天线的具体实施
• 2.5.1.矩量法计算自由空间中LPDA天线上各振子的电流分布
• 2.5.2.自由空间中LPDA天线远区辐射场
• 2.5.3.方向性系数的确定
• 2.5.4.矩量法分析LPDA天线组成的扇形阵
• 2.6.短波近地天线辐射特性分析
• 2.6.1.天线与镜像电流的关系
• 2.6.2.理想导电地面上对称振子的垂直面方向图
• 2.6.3.实际地面上对称振子的垂直面方向图
• 2.6.4.地面上的对数周期天线
• Ⅲ 环形内向对数周期天线阵
• 3.1.阵的结构参数
• 3.2.对数周期天线的电参数
• 3.2.1.水平极化
• 3.2.2.垂直极化
• 3.3.校准天线
• 3.4.铺设地网
• 3.4.1.地网对方向图及增益的影响
• 3.4.2.地网设计
• 3.5.避雷
• Ⅳ 阵列中的对数天线特性
• 4.1.方向图特性
• 4.2.增益特性
• 4.3.单元天线的相位中心
• 4.4.实际地面对天线的方向图影响
• Ⅴ 波束合成技术
• 5.1.天线复用技术
• 5.2.一般合成原理
• 5.3.对数天线环形内向阵相位特性
• 5.3.1.零R阵的相位特性
• 5.3.2.非零R阵的相位特性
• 5.4.移相技术
• 5.4.1.固定值移相器原理
• 5.4.2.移相器的设计
• 5.4.3.延迟线设计
• 5.4.4.波束合成延迟线
• 5.5.阵列波束合成
• 5.4.1.窄波束合成
• 5.4.1.1.理论分析
• 5.4.1.2.合成的单元数目确定
• 5.4.1.3.模拟结果
• 5.4.2.宽波束合成
• 5.4.2.1.利用单元直接合成
• 5.4.2.2.利用窄波束合成
• 5.4.3.全向波束合成
• Ⅵ 测试情况
• 6.1.测试方法
• 6.1.1.VSWR测试
• 6.1.2.天线的一致性测试
• 6.1.3.方向图测试
• 6.2.测试有效性的判定
• 6.3.测试结果
• 6.3.1.单元天线的VSWR测试结果
• 6.3.2.单元天线的相位差测试结果
• 6.3.3.波束测试结果
• 6.3.4.窄波束增益
• Ⅶ 技术总结
• 7.1.结论
• 7.2.存在问题分析
• 7.3.后续工作思路
• 参考文献
• 致谢