宽频带圆极化五边形微带天线阵的研究

论文摘要

微带天线以其体积小、重量轻、低剖面、易于载体共形、易集成等优点,得到更多的青睐和广泛的使用。圆极化技术是微带天线应用的一个重要分支,在通信、雷达、遥感遥测、电子对抗等领域有着广泛的应用。文章主要介绍了宽带圆极化五边形微带天线阵列的设计和仿真。具体包括以下几个方面的内容:首先,介绍了微带天线的基本电磁理论和分析方法,分析了微带天线的辐射原理、馈电方法及五边形采用的馈电方法;系统介绍了微带天线的三种典型分析方法的基本原理和优缺点,即:传输线法、腔模理论、和全波分析法;重点介绍了文章最终采用的有限元分析方法的数学原理和基于有限元法的仿真软件的数值分析。其次,介绍了平面阵列天线的基本理论,重点分析了阵列天线方向性和阵列单元之间互耦对天线性能的影响;介绍了阵列天线的主要参数、馈电网络的基本结构及优缺点;结合本文设计的阵列天线的要求,提出了合理的阵列结构和馈电网络。第三,在分析圆极化的性能和产生机理的基础上,设计天线阵列的单元结构;从典型五边形结构出发,通过理论分析和HFSS软件进行仿真,结合五边形结构的特殊性,对天线进行改进,优化天线的综合性能,介绍了五边形天线的设计仿真的详细过程,最终实现了单点馈电的五边形圆极化天线;分别采用微带线馈电和同轴馈电两种不同馈电方式,从仿真和实测结果可以看出,在中心频率5.6G的增益达7.5dB,轴比低于3dB的角度范围基本覆盖上半空间,为实现组成天线阵列做准备。最后,通过理论分析和HFSS的仿真优化,设计出合适的馈电网络并最终实现天线阵列;重点分析了2×2的4单元阵列天线设计和仿真,详细介绍了设计的具体过程及设计中的重点和难点。给出了软件仿真结果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究的背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文研究目的和研究内容
• 1.3.1 本文研究的目的
• 1.3.2 本文研究的主要内容
• 1.4 小结
• 2 微带天线的分析
• 2.1 微带天线的定义
• 2.1.1 微带天线的定义和结构
• 2.1.2 微带天线的优缺点及发展前景
• 2.2 馈电方法
• 2.2.1 微带线共面馈电
• 2.2.2 同轴线馈电
• 2.2.3 电磁耦合型馈电
• 2.3 微带天线的极化
• 2.4 微带天线的分析方法
• 2.4.1 传输线方法
• 2.4.2 腔模理论
• 2.4.3 全波分析法
• 2.5 微带天线的数值分析方法
• 2.5.1 有限元法
• 2.5.2 矩量法
• 2.6 本课题采用的分析方法
• 2.7 本章小结
• 3 微带阵列天线的分析
• 3.1 概述
• 3.2 线阵天线的方向性分析
• 3.2.1 主瓣和栅瓣
• 3.2.2 波束宽度与零点位置
• 3.2.3 旁瓣位置与旁瓣电平
• 3.2.4 方向性系数
• 3.3 面阵的方向性
• 3.4 互耦效应对阵列性能的影响
• 3.4.1 互耦对阵元方向图的影响
• 3.4.2 互耦对阵元输入阻抗和匹配的影响
• 3.4.3 互耦对相控阵天线增益的影响
• 3.5 阵列天线的馈电形式
• 3.5.1 并联馈电
• 3.5.2 串联馈电
• 3.5.3 本设计采用的馈电方式
• 3.6 本章小结
• 4 圆极化五边形微带天线的仿真与实现
• 4.1 引言
• 4.2 圆极化的特性及实现方法
• 4.2.1 圆极化的特性
• 4.2.2 圆极化的实现方法
• 4.2.3 五边形贴片微带天线的设计步骤
• 4.3 单点微带馈电五边形天线的设计与仿真
• 4.3.1 设计与仿真
• 4.3.2 实验结果与分析
• 4.4 单点背馈的五边形微带天线的设计与实现
• 4.4.1 设计与仿真
• 4.4.2 仿真和实测结果
• 4.5 微带馈电和同轴馈点的性能比较
• 4.6 本章小结
• 5 圆极化五边形微带天线阵的仿真与实现
• 5.1 天线阵设计的基本步骤
• 5.2 微带馈电网络的分析及设计
• 5.2.1 微带馈电网络的分析
• 5.2.2 馈电网络的设计
• 5.3 4 阵元五边形天线阵的设计仿真
• 5.4 本章小结
• 6 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录