基于双平衡馈电结构的强互耦宽带相控阵研究

论文摘要

宽带相控阵列天线由于具有波束电扫描、频带宽等优点,在雷达、电子对抗、通信等领域有着广泛的应用需求。宽带相控阵列天线的设计一般是遵循先设计出更宽频带的天线单元再进行组阵的原则,且阵元间的互耦效应作为不利因素需要进行互耦补偿。因此,相控阵列天线的带宽拓展常常受到限制。本文针对一种基于增强互耦效应的宽带相控阵列天线开展了相关的研究工作,并进行了相关的实验验证。论文的主要内容包括以下几个部分:本文首先介绍了宽带天线和宽带相控阵的研究背景、意义以及国内外相关研究现状;其次,论文利用史密斯圆图和等效电路的概念,对基于互耦效应的宽带相控阵的基本原理给出详细的分析;第三,根据理论分析,利用电磁仿真软件设计出在宽扫描角范围内具有4个倍频程以上的宽带相控阵一维印刷偶极子线天线阵结构,并设计出一种与这种天线形式配套使用的双平衡馈电巴伦结。仿真结果表明,利用该双平衡馈电巴伦结可以有效地改善天线和馈电结构之间的阻抗匹配效果。最后,针对1×8宽带相控阵线阵的馈电网络进行布局设计,并对该宽带相控阵线阵进行加工、组装与测试。测试结表明该宽带相控阵具有预期的宽频带特性和宽角扫描特性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 宽带天线和宽带相控阵的研究意义
• 1.2 宽带相控阵的研究现状和背景
• 1.3 本文的组织结构和主要内容
• 1.4 本章小结
• 第二章 基于互耦效应的宽带相控阵的理论基础
• 2.1 引言
• 2.2 相控阵天线一维直线阵列和二维平面阵列的工作原理
• 2.2.1 相控阵天线一维直线阵列的工作原理
• 2.2.2 相控阵天线二维平面阵列的工作原理
• 2.3 宽带天线和宽带相控阵的紧密联系
• 2.3.1 传统宽带天线的工作原理
• 2.3.2 宽带相控阵研究前景
• 2.4 新型相控阵利用互耦效应扩展宽带的基本原理
• 2.4.1 基于互耦效应的偶极子阵列带宽扩展原理
• 2.4.2 宽角匹配介质板的工作原理
• 2.5 本章小结
• 第三章 宽带相控阵天线的仿真与设计
• 3.1 引言
• 3.2 天线单元的设计和优化仿真
• 3.3 双平衡馈电巴伦和馈电网络的设计
• 3.3.1 双平衡馈电巴伦结构的设计
• 3.3.2 馈电网络的设计
• 3.4 无限大环境中的天线和馈线的联合模拟仿真
• 3.4.1 置于无限大环境中的阵元的模拟
• 3.4.2 置于无限大环境中的双极化面元的模拟
• 3.4.3 天线单元仿真分析
• 3.5 一维有限大相控阵天线的模拟仿真
• 3.5.1 一维1x8 相控阵天线未扫描时的模拟
• 3.5.2 一维1x8 相控阵天线E 面扫描时的模拟
• 3.5.3 一维相控阵天线的仿真结果讨论
• 3.6 本章小结
• 第四章 天线及馈电系统的加工和整体性能测试
• 4.1 引言
• 4.2 1x8 相控阵天线和馈电系统的加工
• 4.3 SATIMO Starlab 测试系统介绍
• 4.4 馈电网络测试
• 4.5 天线系统整体性能测试
• 4.6 本章小结
• 第五章 全文总结
• 致谢
• 参考文献
• 作者攻读硕士期间取得的成果