Ka波段宽带圆极化微带阵列天线研究与设计

摘要

微带天线具有重量轻、剖面小、成本低等优点。而毫米波同时兼备了微波与红外波的特点。因此，毫米波微带天线在卫星遥感、探测制导、引信系统等领域得到了广泛应用。本文基于毫米波微带天线项目需求，设计了三款Ka波段微带阵列天线:4×4宽带口径耦合阵列天线、4×4宽带圆极化阵列天线、8×8圆极化相控阵天线。 首先，介绍了微带天线基础知识和参数，详细阐述了微带天线的分析方法，为下文设计阵列天线提供理论依据。 其次，研究了微带天线拓展带宽的方法，设计了一款8毫米波段的4×4阵列天线，采用口径耦合馈电拓展带宽。仿真结果表明，在35GHz中心频率上的增益达到了18dB，S11＜-10dB的带宽达到了17.1％。 然后，研究了微带天线圆极化原理，鉴于圆形贴片的优点，首次提出了采用圆形贴片取代传统矩形贴片作为圆极化贴片单元，最后设计了一副十六端口等幅不同相功分器形成相邻单元90°相位差，完成了一款4×4圆极化微带阵列天线。仿真结果表示:在35GHz工作频点上左旋圆极化增益达到了18dB，轴比带宽达到了3GHz，并且S11＜-10dB的带宽达到了17％，在主瓣宽度范围内的天线轴比小于3dB。 最后，研究了阵列天线波束扫描的原理，通过连续相位旋转法设计了一款8×8圆极化相控阵天线。仿真结果表明:在35GHz中心频率上增益达到了20dB以上，并且半功率波束宽度小于9°。天线波束可以俯仰角上实现±30°的扫描，在主瓣宽度范围内轴比小于3dB。

目录

声明

摘要

1绪论

1．1本文的研究背景与意义

1．2毫米波微带阵列天线研究现状

1．3本文的主要研究内容

2微带天线基本原理

2．1天线的基本参数

2．1．1方向性系数与增益

2．1．2天线方向图

2．1．3天线阻抗和电压驻波比

2．1．4天线带宽

2．2微带天线基本分类

2．3微带天线的分析方法

2．3．1传输线模型

2．3．2腔模理论

2．3．3积分方程法

2．4本章小结

3宽频带微带阵列天线设计

3．1微带天线宽频带技术

3．2微带阵列天线设计

3．2．1矩形贴片单元设计

3．2．2阵列单元间距分析

3．2．3波导微带转换结构

3．2．4功分馈电网络设计

3．2．5天线整体设计

3．2．6天线加工与测试

3．3本章小结

4圆极化微带阵列天线设计

4．1波的极化理论

4．1．2圆极化

4．1．3轴比

4．2微带天线圆极化原理及实现方式

4．2．1单馈点探针馈电方式

4．2．2多馈点网络馈电方式

4．3圆形微带贴片特性

4．3．1圆形贴片辐射特性

4．3．2圆形贴片谐振频率

4．4圆极化微带阵列天线设计

4．4．1圆型贴片单元设计

4．4．2移相功分馈电网络设计

4．4．3圆极化阵列天线设计

4．4．4天线加工与测试

4．5本章小结

5圆极化微带相控阵天线设计

5．1线性相控阵天线

5．1．1线性相控阵天线原理

5．1．2线性相控阵天线波束特性

5．1．3线阵天线波束栅瓣的形成与抑制

5．1．4宽波束相控阵天线

5．2平面相控阵天线

5．2．1平面相控阵天线原理

5．3圆极化相控阵天线设计

5．3．1圆极化贴片单元设计

5．3．2相控阵阵列设计

5．3．3相控阵天线特性分析

5．4本章小结

6总结与展望

6．1总结

6．2展望

致谢

参考文献

附录