C波段一维有源相控阵天线一体化设计

论文摘要

本文根据有源相控阵的基本原理,从系统的角度对考虑反射板的矩形网格矩形边界的平面阵天线进行了分析和设计,最后完成了一行线阵的仿真分析和加工测试,对低副瓣一维有源相控阵天线设计具有一定的指导意义。首先,论文介绍了有源相控阵天线的基本原理,包括相控阵雷达的相扫原理,实现相控阵天线低副瓣的三种方法,相控阵天线的馈电方式,以及互耦效应对阵列天线的影响。其次,分析了我们所采用的矩形布阵的矩形平面阵,并在阵列后面加有反射板的情况下计算了远区辐射场。根据所提出的指标,用经典理论进行了阵面结构的设计,包括单元数、单元间距、口径幅度和相位分布。根据低副瓣的要求,行馈使用泰勒分布,列馈口径分布收发不同,发射使用均匀分布,接收使用泰勒分布并实现和/差方向图,俯仰方向图实现相控扫描。然后,对平面阵中行馈功分器网络及单元天线一体化设计。首先是要对单元天线进行设计,其原则是单元天线具有宽带、宽角匹配的性能,以及便于和行馈功分器进行一体化连接;根据阵列行口径泰勒分布设计出功分网络的拓扑结构,采用宽带Wilkinson功分器级联而成,对单元天线以及功分器网络中采用HFSS软件进行整体仿真优化,在得到满意的仿真结果的情况下进行样件加工。最后,对加工的天线行样件进行测试。经过测试和调试,天线行两输入端口的驻波系数均在1.5以下,方位面副瓣电平≤?30dB,增益≥17dB,满足指标要求。同时,从工程上对天线行的制作,加工,安装工艺带来的影响进行了分析,为以后的组阵打下坚实的理论基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 相控阵雷达的历史及发展趋势
• 1.3 本论文的选题和研究内容
• 1.4 论文的特色和创新
• 1.5 论文的组织结构
• 第二章 相控阵天线的原理
• 2.1 有源相控阵天线技术综述
• 2.2 相控阵天线扫描原理
• 2.3 互耦效应对阵列性能的影响
• 2.4 实现低副瓣相控阵雷达天线的方法
• 2.4.1 幅度加权
• 2.4.2 密度加权
• 2.4.3 相位加权
• 第三章 平面阵列的分析与综合
• 3.1 阵因子方向图函数及波束指向
• 3.1.1 阵因子方向图函数
• 3.1.2 平面阵波束指向
• 3.2 带反射板的对称振子平面阵
• 3.2.1 对称振子平面阵结构及坐标系
• 3.2.2 平面阵中第mn 个单元及其镜像的辐射场
• 3.2.3 平面阵的总辐射场
• 3.3 方向性系数D 的计算
• 3.4 阵列口径分布综合
• 3.4.1 线阵分布综合
• 3.4.2 单元数及单元间距的确定
• 3.4.3 行馈分布
• 3.4.4 列馈分布
• 3.4.4.1 俯仰面和波束方向图-发射时不扫描
• 3.4.4.2 俯仰面和波束方向图-发射时扫描
• 3.4.4.3 俯仰面和差波束方向图-接收时不扫描
• 3.4.4.4 俯仰面和差波束方向图-接收时扫描
• 第四章 线阵的设计与仿真
• 4.1 单元振子设计
• 4.2 功分馈电网络设计
• 4.2.1 带状线结构
• 4.2.2 功分器设计方法
• 4.2.2.1 功分器简介
• 4.2.2.2 任意分配比的Wilkinson 功率分配器设计方法
• 4.3 功分馈电网络设计
• 4.4 线阵的仿真
• 4.4.1 单元天线仿真
• 4.4.2 功分馈电网络仿真
• 4.4.2.1 各个子功分器仿真
• 4.4.2.2 功分器整体仿真
• 4.4.2.3 功分器各输入、输出端口的驻波
• 4.4.2.4 各相邻输出端口的隔离度
• 4.4.2.5 各相邻输出端口的幅度相位
• 4.4.3 阵列天线与功分馈电网络总体仿真
• 4.4.4 一分二等功分器仿真
• 第五章 测试
• 5.1 测试方法
• 5.1.1 功分器输入、输出端口驻波测量
• 5.1.2 功分器各输出端口的S 21 参数和相位测量
• 5.1.3 功分器插入损耗的计算
• 5.1.4 天线电压驻波比测试方法
• 5.1.5 天线方位面方向图测试方法
• 5.1.6 天线增益测试方法
• 5.2 测试结果
• 5.2.1 一分二等功分器输入、输出口驻波测量结果
• 21参数和相位测量结果'>5.2.2 一分二等功分器各输出端口的 S₂₁参数和相位测量结果
• 5.2.3 一分二等功分器插入损耗的计算
• 5.2.4 一分十功分器输入口驻波测量结果
• 5.2.5 一分十功分器各输出端口的幅度和相位测量结果
• 5.2.6 一分十功分器插入损耗的计算
• 5.2.7 天线的输入口驻波测试结果
• 5.2.8 天线方位面的方向图
• 5.2.9 天线增益测试结果
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果