微带共形天线阵面设计

论文摘要

随着空间飞行器的发展,对可与飞行器等载体表面共形的天线阵列的要求日益迫切。共形阵因其可以在不破坏载体的外形结构及空气动力学特性的同时,仍能满足天线的工作性能,成为天线领域的一个研究热点。首先对微带天线进行研究。因微带天线体积小易于共形等优点,选用微带天线作为共形阵单元。针对微带天线带宽窄的缺点,重点对其宽带化技术进行了研究。设计了边缘C型槽宽带微带天线和边缘双十字型槽宽带微带天线,在较小的体积下,实现15%阻抗带宽。并以这两个天线为基础分别设计了半贴片C型槽宽带微带天线及半贴片双十字型槽宽带微带天线,半贴片天线在体积只有原天线50%的情况下,阻抗带宽与原天线基本一致。最后设计了一圆形双环形槽宽带微带天线,实现了12%的阻抗带宽。其次对一次曲面共形阵列技术进行研究,以普通插入式边馈矩形微带天线为单元,设计了八元柱面阵。对布阵范围与最大扫描角度之间关系进行分析,并根据一定指标要求对柱面阵列阵面进行设计与仿真,结果满足指标要求。最后对二次曲面共形阵列进行研究,以小型化双层宽带微带天线为单元,设计了球面共形阵。对球面共形阵极化抵消问题进行分析,并通过对每个单元进行旋转使得各单元极化方向在水平面上投影平行,解决了极化抵消问题,并在布阵面积不大的情况下,对旋转角度公式进行简化。根据项目指标要求对单元间距,布阵范围等进行分析研究,得到最优阵面,并总结出布阵中通用的一系列公式,最后通过仿真验证了设计的可靠性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究历史和现状
• 1.3 本文主要工作
• 第二章 微带天线基本原理及其宽带小型化技术
• 2.1 微带天线简介
• 2.2 微带天线的宽频带技术
• 2.2.1 基本方法
• 2.2.2 天线加载
• 2.2.3 采用共面寄生元
• 2.2.4 采用多层结构
• 2.2.5 采用特殊的贴片形式及贴片开槽技术
• 2.3 微带天线的小型化技术
• 2.3.1 使用高介电常数介质板
• 2.3.2 曲流技术
• 2.3.3 短路加载技术
• 第三章 几种小型化宽带微带天线设计
• 3.1 贴片边缘开槽宽带微带天线设计
• 3.1.1 天线基本结构与原理
• 3.1.2 天线结果测量与分析
• 3.2 半贴片宽带微带天线
• 3.2.1 天线设计
• 3.2.2 结果与分析
• 3.3 环形槽宽带微带天线
• 3.3.1 基本结构及基本原理
• 3.3.2 仿真测试结果
• 3.4 本章小结
• 第四章 柱面阵设计
• 4.1 柱面阵基本原理
• 4.1.1 圆环阵的方向图函数
• 4.1.2 具有有向阵元的圆环阵
• 4.2 柱面阵单元设计
• 4.2.1 天线设计
• 4.2.2 测量结果
• 4.3 柱面阵设计与测试
• 4.3.1 弯曲程度对天线单元性能的影响
• 4.3.2 柱面阵结构设计
• 4.3.3 柱面阵相位幅度加权
• 4.3.4 测量结果
• 4.4 本章小结
• 第五章 宽带球面阵阵面设计
• 5.1 天线单元设计
• 5.1.1 对宽带球面阵单元的要求
• 5.1.2 天线结构及基本原理
• 5.1.3 测量结果
• 5.1.4 单元在不同载体上的分析
• 5.2 球面阵面设计基础
• 5.3 球面阵极化问题的研究
• 5.3.1 球面阵极化问题产生原因
• 5.3.2 球面阵极化问题解决方法
• 5.4 球面阵阵面布局设计
• 5.4.1 阵列单元间距选取
• 5.4.2 阵列单元数量及阵列布阵范围的选取
• 5.5 球面共形阵的仿真
• 5.6 本章小结
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文