宽带双圆极化微带相控阵天线单元的研究

论文摘要

相控阵天线因其快速的波束扫描能力和波束捷变等特点已成为当今天线系统发展的主流。本文首先以阵列天线原理为基础介绍了相控阵天线的扫描原理,分析了相控阵天线对天线单元的波束宽度和单元间距的要求。微带天线具有的重量轻,剖面低,易与载体共形,易形成圆极化等其它天线形式所不具备的优点,使其特别适合应用于HAPS这种基于浮空平台的通信系统。而圆极化微带天线在拥有微带天线优点的同时,还能接受任意极化的来波且其辐射的圆极化电磁波能被任意极化的天线所接受的特点,因此越来越受到青睐。微带天线阻抗带宽较窄的固有缺点大大限制了其应用,因此对展宽微带天线的研究成为微带天线研究的一个重要分支。本文通过对微带天线阻抗带宽和轴比带宽的展宽方法的分析与总结,设计出了应用在HAPS系统上的宽带微带双圆极化相控阵天线单元,该单元采用了新型的在微带贴片上开C型缝隙的方法实现了带宽的展宽和圆极化辐射。并采用了层叠结构,使得天线的阻抗带宽和轴比带宽都得到了大幅度的展宽,其阻抗带宽和轴比带宽分别达到16%和18%,达到了系统对天线带宽的要求。最后本文对由该单元组成的矩形平面阵进行了分析研究,采用道尔夫-切比雪夫综合法对天线阵副瓣进行了优化。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及现状
• 1.1.1 微带天线的研究背景及现状
• 1.1.2 相控阵天线的发展及应用
• 1.2 论文的主要内容及结构安排
• 第二章 相控阵天线基本原理
• 2.1 相控阵天线系统的基本组成
• 2.2 相控阵天线的技术特点
• 2.3 相控阵天线的扫描原理
• 2.3.1 线阵的方向图函数
• 2.3.2 一维相控阵天线扫描原理
• 2.4 相控阵对天线单元的要求
• 2.4.1 相控阵天线对单元波束宽度的要求
• 2.4.2 相控阵天线对单元间距的要求
• 2.5 数字波束形成（DBF）技术
• 第三章 宽带圆极化微带天线单元的分析与设计实例
• 3.1 微带天线的分析方法
• 3.1.1 传输线法
• 3.1.2 腔模理论
• 3.2 微带天线的宽频带技术
• 3.2.1 展宽微带天线带宽原理
• 3.2.2 展宽微带天线带宽的技术途径
• 3.3 微带天线的圆极化技术
• 3.3.1 天线的极化
• 3.3.2 圆极化天线的特性
• 3.3.3 微带天线实现圆极化的方法
• 3.3.4 展宽微带天线轴比带宽的方法
• 3.3.5 宽带单馈点圆极化微带天线设计实例
• 第四章 本课题对天线的要求
• 4.1 平流层通信系统（HAPS）介绍
• 4.1.1 平流层通信的特点
• 4.1.2 平流层通信系统的基本结构
• 4.2 本课题对天线的要求
• 第五章 宽带双圆极化相控阵单元的设计与仿真结果
• 5.1 天线单元的设计
• 5.1.1 天线单元结构设计与分析
• 5.1.2 仿真优化
• 5.2 天线阵的仿真分析与综合
• 5.2.1 10×10天线阵的仿真分析
• 5.2.2 天线阵的切比雪夫副瓣优化
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文