一种低旁瓣微带平板天线的设计

论文摘要

微带天线阵列与传统的天线阵列相比,具有剖面薄、体积小、重量轻、结构简洁、制造简单、成本较低等优点。但是,一般的微带天线阵列的频率带宽不宽、旁瓣电平很高,极大地限制了微带天线阵列的应用。本文选择了一种宽频带的口径耦合馈电的微带贴片天线作为单元,采用道尔夫—契比雪夫电流分布,设计了一种工作在C波段的64元（8×8）微带天线阵列,实现了宽于15%的频带、低于-18dB的旁瓣和高于20dBi的增益。研究、设计和实验表明:1)口径耦合馈电的微带贴片天线是通过一个矩形缝隙来形成馈线与贴片间的耦合,来实现对辐射贴片的馈电。它除了具有良好的30%以上的带宽（ VSWR≤2）以外,又由于其馈线与辐射贴片不在同一平面上,地板使馈线与辐射贴片相互隔离;组成天线阵列时,馈电网络可独立设计、易于安排,而且又不影响辐射,可以降低组阵的复杂性。2)道尔夫—契比雪夫电流分布可以同时实现天线阵列的低旁瓣和窄主瓣（高增益）,即牺牲较少的增益来获得较低的旁瓣。3)二进制的功率分配（合成）器可以实现不同的功率比的分配和合成,具有频率带宽宽、易于设计的优点;用它组成馈电网络,可以很容易地保证各单元的同相馈电;由于64元（8×8）阵列的单元的电流分布呈中心对称,故只分析和设计一个象限（4×4）的馈电即可得到全部阵列的馈电网络。4)单元间的互耦对阵列天线的方向图旁瓣有很大的影响。由于互耦的作用,E面副瓣的恶化量比H面副瓣大2dB左右。5)运用Microwave Studio仿真了天线单元的各项特性和阵列的方向图特性,运用Microwave Office仿真了天线的馈电网络,仿真结果很好地指导了天线的设计和优化。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 微带天线的特点和研究现状
• 1.2 微带天线的宽频带技术
• 1.3 微带天线的分析方法
• 1.4 低旁瓣技术
• 2 微带天线单元的原理
• 2.1 矩形微带天线的传输线模型
• 2.2 口径耦合微带贴片天线的传输线模型
• 2.3 口径耦合微带贴片天线的带宽
• 3 阵列原理阵列的研究
• 3.1 均匀线阵的方向图
• 3.2 均匀平面阵的方向图
• 3.3 道尔夫-契比雪夫天线阵的综合
• 3.3.1 契比雪夫多项式
• 3.3.2 契比雪夫天线阵
• 3.3.3 阵列的特性
• 4 馈电网络的设计
• 4.1 二等分功分器
• 4.2 二分支不等分功率分配器
• 5 影响天线旁瓣的因素和克服方法
• 5.1 影响天线旁瓣的因素
• 5.2 恶化因素影响天线旁瓣的一般规律
• 5.3 优化低旁瓣天线的方法
• 6 低旁瓣微带平板天线的设计实例
• 6.1 设计步骤
• 6.2 天线单元的设计
• 6.2.1 单元参数变化的研究
• 6.2.2 天线单元的设计
• 6.3 天线阵列的设计
• 6.3.1 阵元间距的仿真设计
• 6.3.2 契比雪夫阵元的电流分布
• 6.4 天线馈电网络的设计
• 6.5 带馈电网络的天线阵列
• 6.5.1 八元线阵的仿真
• 6.5.2 贴片印制板的厚度对天线性能的影响
• 6.5.3 板间距离对天线性能的影响
• 6.5.4 工程设计的最终结果
• 6.6 天线阵列的结果分析
• 7 结论
• 致谢
• 参考文献