空中轻型通信节点中轻型阵列天线的研究

论文摘要

空中通信节点技术是现代信息战、立体作战中重要的支撑技术。该技术的先进性,直接影响着战斗能力的强弱,所以空中节点技术是一体化联合作战武器装备中的急需。当今,空中通信节点设备的轻型化是人们十分关注的问题。二十世纪九十年代发展起来的MEMS技术,为空中通信节点设备的轻型化提供了强有力的基础。为了使空中载体携带更多的有效载荷,发挥更大的作用,载体上的各种装备轻型化要求越来越高。本论文来源于“十一五”预研项目“空中通信节点技术”,主要工作是工作于X波段的平面阵微带天线的研究,研究重点为天线的轻型化,以及在轻型化的基础上达到高的发射功率和增益。本文首先讨论了微带天线的几种主要分析方法,即传输线模型理论、空腔模型理论。然后介绍了天线阵列基本理论,包括天线阵列辐射特性、馈电形式、阻抗匹配网络和功率分配器。由于所设计的微带天线处于微小尺寸,本文对微尺度下的电磁场方程进行了讨论。本文首先分别设计了以Arlon AR1000、聚四氟乙烯、陶瓷为基板材料的微带天线单元,并在应用Ansoft HFSS仿真基础上进行了实验,实验与仿真结果吻合。然后,本文对T形功率分配器进行了改进,并用此改进的功率分配器组成馈电网络,利用所实验的微带天线单元设计了八单元的阵列微带天线,并在应用Ansoft HFSS进行仿真的基础上对影响阵列天线方向图、增益等参数的因素进行了讨论。继而在八单元阵列微带天线的基础上,设计了十六单元阵列微带天线,HFSS仿真结果表明,此十六单元阵列微带天线能够满足项目要求。最后,对应用MEMS技术进行微带天线的加工进行了流程设计。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 国内外现状
• 1.3 主要工作
• 第二章 轻型阵列天线的考虑
• 2.1 微带天线的结构特点及类别
• 2.2 微带天线的辐射机理
• 2.3 微带天线的分析方法
• 2.3.1 传输线模型法
• 2.3.2 空腔模型法
• 2.4 天线阵列理论
• 2.4.1 直线天线阵
• 2.4.2 平面天线阵
• 2.5 阵列微带天线的馈电
• 2.5.1 并联馈电
• 2.5.2 串联馈电
• 2.6 小结
• 第三章 轻型阵列微带天线中的单元设计
• 3.1 微尺度下的电磁场方程
• 3.1.1 尺度效应
• 3.1.1.1 电势能和尺度之间的关系
• 3.1.1.2 电磁力和尺度之间的关系
• 3.1.1.3 电场中的尺度效应
• 3.1.2 微尺度下的电磁场方程
• 3.2 矩形与圆形微带天线的比较
• 3.3 矩形贴片单元的设计
• 3.3.1 Arlon AR1000 基板天线单元
• 3.3.2 聚四氟乙烯基板天线单元
• 3.3.3 聚四氟乙烯基板天线单元实验
• 3.4 小结
• 第四章 轻型阵列微带天线的设计
• 4.1 阵列式微带天线设计步骤
• 4.2 2×4 八单元阵列天线的设计
• 4.2.1 阵元数目的确定
• 4.2.2 阵列天线单元的设计
• 4.2.3 八单元阵列微带天线的馈电网络
• 4.2.4 馈线网络中的功率分配器
• 4.3 八单元阵列微带天线的仿真
• 1 时的阵列天线方向图'>4.3.1 不同Z₁时的阵列天线方向图
• 1 时的阵列天线的增益'>4.3.2 不同Z₁时的阵列天线的增益
• 4.3.3 八单元阵列微带天线方向图的优化
• 4.3.3.1 天线单元的间距
• 4.3.3.2 八单元阵列微带天线间距的优化
• 4.4 十六单元阵列微带天线的设计与仿真
• 4.5 小结
• 第五章 MEMS 制造工艺
• 5.1 MEMS 常用工艺
• 5.1.1 体硅微制造
• 5.1.2 表面微制造技术
• 5.1.3 LIGA 工艺
• 5.2 十六单元阵列微带天线加工步骤
• 5.2.1 陶瓷基板的制造
• 5.2.2 阵列微带天线的加工成形
• 5.3 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻硕期间取得的研究成果