超宽带平面槽螺旋天线小型化研究

摘要

作为超宽带天线的一种形式，平面螺旋天线发展迅速，因其具有宽频带、圆极化、结构简单、低剖面、体积小、造价低等优势，目前已经被广泛的应用于军用电子对抗和商业领域。近年来，平面螺旋天线主要向着宽频带、体积小、功耗低的趋势发展。本文就双臂平面阿基米德螺旋天线设计理论与实现方法展开研究。
　　平面螺旋天线一般由天线辐射面、馈电平衡器和反射背腔三大部分构成。在天线的设计中，可先分别对三个部分进行设计，然后再进行综合设计。由此本文的研究工作主要分为以下三部分内容：
　　1、设计了一款小型化的平面槽螺旋天线。首先在普通的平面槽螺旋天线臂上开槽，再在天线最外圈的天线臂上加载6个等距分布的贴片电阻，基于多目标粒子群算法对开槽位置和贴片电阻阻值进行优化，使得天线的工作频率向低频偏移，同时保证天线具有良好的圆极化辐射特性。仿真结果表明：在0.44~18GHz频段内回波损耗小于-10dB，1.8~18GHz频段内轴比小于3dB。与普通的螺旋天线相比，在天线口径面积不变的情况下，极大地改善了天线的低频端的辐射特性，实现了天线辐射面的小型化设计。
　　2、设计了一款小型化巴伦。常规的指数渐变微带巴伦长度达到50mm，且与天线所在平面垂直，这就使得天线的纵向尺寸过高，不符合天线小型化的目的。为了压缩尺寸，本文将常规指数渐变微带巴伦进行弯曲。相比于原来的巴伦，弯曲后长度仅为28mm，纵向尺寸减小了44％。仿真结果表明在2~18GHz频段内其回波损耗小于-20dB，说明弯曲后的微带渐变巴伦在天线的工作频段内端口反射较小，不仅降低了巴伦的高度，同时具有良好的宽带特性。
　　3、为了实现螺旋天线的单向辐射，设计了一种抛物面形式的反射背腔，相比于平底型和锥台型反射腔，其频带宽度明显增加，尤其在天线低端频率的工作效率，得到了明显的改善。天线的轴向轴比在4.5~18GHz内小于3dB，其增益在工作频段内保持了一个相对较高的数值，表明天线的工作效率明显提高。

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第1章 绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3课题研究内容及主要章节安排

第2章 非频变天线理论及小型化设计方法

2.1引言

2.2超宽带天线(UWB)

2.3非频变天线

2.4非频变天线分类

2.5小型化天线

2.7天线主要性能技术指标

2.8本章小结

第3章 基于多目标粒子群算法的小型化槽螺旋天线辐射面设计

3.1引言

3.2槽螺旋天线小型化设计

3.3天线优化计算

3.5本章结论

第4章 新型低剖面宽频带馈电巴伦的研究与设计

4.1引言

4.2宽带巴伦设计

4.3巴伦和天线整体仿真

4.5本章小结

第5章 宽频带反射背腔的研究与设计

5.1引言

5.2反射背腔简介

5.3新型反射背腔的设计

5.4本章小结

结论与展望

工作总结

展望

参考文献

攻读硕士研究生期间发表的论文

致谢