毫米波双极化微带天线的设计方法研究

摘要

随着毫米波技术的不断发展，毫米波系统的应用也越来越广泛。由于双极化的毫米波雷达系统可以充分利用信号的极化信息，所以双极化雷达系统成为研究热点。本文为满足现代毫米波雷达系统的发展要求，设计了工作于毫米波段的双极化天线。大多数的毫米波系统要求天线具有低剖面、低成本、体积小等特性，所以在本文中针对微带天线展开研究，并设计了两类不同馈电方式的天线单元及阵列：共面波导馈电、缝隙耦合馈电。
　　首先，设计了结构较简单的共面波导馈电双极化天线单元，通过表面电流分布分析了天线隔离度性能差的原因，并针对隔离度问题，本文对天线单元做出改进，加入两条平行微带线及三个小尺寸矩形槽，使单元的端口隔离度达到-20dB。由于交叉极化的问题，再次对天线结构做出改进，提出用短截线换掉平行微带的方法，使得天线的交叉极化达到-20dB。同时，将缺陷接地结构应用到共面波导结构中进行阻抗调配，设计出了符合要求的毫米波天线单元。
　　其次，本文采用缝隙耦合馈电与埋藏式馈电相结合的方式，设计了三个天线单元及一个2×2子阵天线。最先设计的仍然是结构较简单的天线单元，单元的相对带宽为7％。然后分别采用共面寄生贴片和空间平行寄生贴片将天线单元的阻抗带宽展宽为12%和20.53%。采用成对反相馈电技术设计了2×2的子阵天线，天线阵列的相对带宽为6.13%，阻抗带宽小于-10dB范围内隔离度小于-30dB，交叉极化达到-23.6dB，增益为11.5dB，天线的测试结果与仿真结果基本吻合，是各项指标都符合要求的毫米波双极化天线。
　　最后，本文通过VBS脚本将遗传算法与Ansoft HFSS连接起来，采用“开窗”方式及子贴片覆盖技术对结构简单的缝隙耦合馈电天线单元进行了优化设计，将天线的阻抗带宽从2.64GHz展宽到3.99GHz，证明了方法的可行性。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.2.3 国内外文献简析

1.3 本文主要研究内容及结构

1.3.1 本文主要研究内容

1.3.2 本文章节安排

第2章 共面波导馈电的毫米波天线

2.1 基本原理

2.1.1 共面波导馈电

2.1.2 缺陷地结构

2.2 共面波导馈电的天线单元的设计

2.2.1 共面波导馈电的毫米波天线单元基本形式

2.2.2 提高隔离度的改进形式

2.2.3 同时提高隔离度和交叉极化性能的改进形式

2.3 本章小结

第3章 缝隙耦合馈电毫米波天线的设计

3.1 基本原理

3.1.1 缝隙耦合馈电

3.1.2 缝隙耦合馈电分析

3.2 缝隙耦合天线单元的设计

3.2.1 馈电方式

3.2.2缝隙耦合的毫米波天线单元基本形式

3.3 缝隙耦合天线的频带展宽

3.3.1 增加共面的寄生贴片

3.3.2 增加空间平行的寄生贴片

3.4 子阵单元

3.4.1 子阵馈电方式

3.4.2馈电网络设计

3.4.3 2×2子阵天线的仿真设计

3.4.4 2×2子阵天线的加工测试

3.5 本章小结

第4章 遗传算法优化天线

4.1 遗传算法概述及基本原理

4.1.1遗传算法概述

4.1.2 遗传算法基本工作原理

4.2 基于遗传算法的天线优化

4.2.1 简介

4.2.2 优化方案

4.2.3 天线优化设计的操作

4.2.3 优化结果及分析

4.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

声明

致谢