超宽带微带天线及共形波导缝隙阵列天线研究

摘要

为了满足无线通信，雷达目标探测等民用和军用的需求，本文针对应用于超宽带(UWB)通信系统的小型化微带天线和应用于毫米波探测系统的柱面共形波导缝隙天线阵列的分析设计及工程实现问题进行了深入的研究。主要研究进展包括以下两个方面： 1.提出了一种平面型准偶极子UWB天线结构，并以此为基础，进一步提出了两种具有阻带特性的超宽带(UWB)天线结构，完成了这三种新型UWB天线的仿真设计和实验研究。首先参考渐变偶极子立体型宽带天线结构形式，提出了半圆准偶极子平面型UWB天线结构，结合该天线在不同频点的表面电流分布，分析了该天线能够实现超宽带工作的原理，进行了天线性能的仿真分析和结构参数优化设计，制作了实验样品，实测得到该天线在3GHz～11GHz内VSWR均小于2，完全可以满足超宽带系统对于天线的要求。接着，在该平面型准偶极子天线的馈线上引入U形DGS带阻谐振器，使得该天线具备阻断某一频段内信号干扰的功能，分析了U形DGS结构参数对于天线性能的影响，研制了具有单阻带特性的小型化UWB天线，并对天线特性进行了测试，输入端驻波比频响特性测试结果与仿真结果一致。最后，通过在半圆形辐射单元上加载半波长谐振缝隙，设计了具有双阻带特性的超宽带天线，并且从等效电路的角度对该天线进行了分析。天线实测结果表明，该天线在两个窄带3.5GHz～4.25GHz和5.5GHz～6.05GHz内的电压驻波比基本超过2，而在2.8GHz～11GHz的其他频带内电压驻波比均小于2，同时，该天线在H面内基本保持全向辐射的特性。 2.设计了一种基于圆环形弯波导的谐振性缝隙天线阵列，解决了阵列辐射单元布局、馈电网络优化设计以及工程实现中的关键技术，研制成功了柱面共形缝隙阵列天线实验样品。首先，基于全波仿真软件(HFSS)，提取圆环形弯波导辐射缝隙等效导纳参数。接着，讨论了大型环形缝隙阵列方向图的近似计算方法。在圆周面内，利用全波仿真软件计算得到的单个缝隙的辐射特性，通过方向图叠加，计算了整个环形阵列的周向辐射特性；在垂直面内，讨论了常用的几种直线阵列形式，并给出了具体的计算实例。最后，根据天线方向性图指标要求，利用前面计算结果设计了Ka波段柱面共形波导缝隙天线阵列以及其馈电网络，包括单层波导-微带过渡，探讨了一种新的加工方法，制作了工作在Ka波段的圆柱共形波导缝隙阵列天线实验样品，并完成了天线方向性图和输入端反射系数的实验测试。该天线在较小的体积内可以实现相对较高的增益，适合柱面载体毫米波系统的应用。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

§1.1具有带阻特性的超宽带天线研究背景

§1.2毫米波柱面共形波导缝隙天线的研究背景

§1.3本文的内容安排

第二章基于DGS带阻谐振器的超宽带天线的研究

§2.1单极天线的基本原理

§2.2微带天线展宽频带的方法

§2.3小型化超宽带准偶极子天线

§2.3.1天线结构

§2.3.2仿真及实测结果

§2.3.3表面电流分布

§2.4基于DGS带阻谐振器的超宽带天线

§2.4.1天线结构

§2.4.2 U形DGS带阻谐振器参数的影响

§2.4.3仿真及实测结果

§2.5具有双阻带功能的超宽带天线

§2.5.1天线结构

§2.5.2仿真及实测结果

§2.5.3天线的等效电路和表面电流分布

§2.6本章小结

第三章 柱面共形波导缝隙天线阵的设计与实现

§3.1波导缝隙天线的原理

§3.1.1波导缝隙辐射单元及其等效电路

§3.1.2波导缝隙辐射单元等效阻抗的计算

§3.2环形弯波导宽边缝隙特性的全波分析

§3.2.1环形弯波导的电磁波传输特性

§3.2.2环形弯波导孤立缝隙辐射单元自导纳的计算

§3.2.3环形弯波导孤立缝隙耦合单元等效阻抗的计算

§3.3大型环形缝隙阵列辐射方向图的计算

§3.3.1环形缝隙阵列圆周面内辐射方向图的计算

§3.3.2环形缝隙阵列垂直面内方向图的综合

§3.4馈电网络的设计

§3.4.1波导宽边倾斜耦合缝隙馈电网络的设计

§3.4.2单层波导微带过渡的设计和测试结果

§3.5波导环形缝隙阵列天线的设计方法

§3.5.1波导谐振缝隙阵

§3.5.2波导环形缝隙阵列的设计方法与实例

§3.6共形波导缝隙阵加工和实测结果

§3.7本章小结

结束语

参考文献

致谢

在校期间完成的学术论文和参与的科研项目