W波段GWG二维扫描天线阵列设计

摘要

近年来，毫米波波段由于具有宽带、窄波束、抗干扰能力强等优势得到了广泛研究和发展，在现代通信和雷达领域具有重要应用价值。而二维扫描天线阵列在通信和雷达系统中有着至关重要的地位，随着在毫米波频段具有显著优势的新型间隙波导(GWG)技术的兴起，将GWG与扫描天线相结合成为一种新的设计思路。 本文以间隙波导为基础，重点研究W波段的二维扫描天线阵列，设计了基于GWG的低副瓣漏波天线和基于GWG的多波束网络，并将二者组成天线阵列。其中，一维通过漏波天线实现频率扫描，另一维通过多波束网络实现相位扫描。论文的主要研究工作内容如下: 1、基于间隙波导的低副瓣漏波天线的设计和优化:以槽型间隙波导为基础，通过破坏其一侧的二维周期性结构，实现了漏波天线，并详细分析了影响天线复传播常数的因素。为了获得较好的辐射性能，对天线进行口径分布设计，将辐射侧金属销钉高度作为主要控制因素，将金属销钉的间距作为微调因素，对漏波天线进行设计和优化，最终得到了一种工作于W波段，具有结构简单、宽带、高效率、低副瓣优势的漏波扫描天线。 2、基于间隙波导的二维扫描天线阵列:将漏波天线和多波束技术相结合，实现二维扫描功能，其中，多波束网络采用Butler矩阵形式。首先设计了基于槽型间隙波导结构的3dB定向耦合、交叉结和移相器，在此基础上实现了具有宽带性能的4×4 Butler矩阵，对不同输入端口进行馈电时，输出端将产生不同的相位差。之后将Butler矩阵作为低副瓣漏波天线的馈电网络，最终实现了一维频率扫描，另一维相位扫描的二维扫描天线阵列。

目录

声明

摘要

1绪论

1．1研究背景和目的

1．2国内外研究现状

1．2．1 GWG研究现状

1．2．2漏波天线研究现状

1．2．3多波束天线研究现状

1．3本文的主要工作和内容安排

2 GWG传输线理论基础

2．1电磁带隙结构和人工磁导体结构

2．1．1电磁带隙结构

2．1．2人工磁导体结构

2．2 GWG基本理论

2．2．1 GWG传输线工作原理

2．2．2三种间隙波导简介

2．3 GWG传输线的设计

2．3．1 EBG结构单元设计

2．3．2W波段GWG传输线

3基于GWG的低副瓣漏波天线设计

3．1漏波天线理论基础

3．2基于GWG的漏波天线设计

3．2．1 GGW槽宽对传输线相位常数β0的影响

3．2．2辐射侧金属销钉高度对漏波天线复传播常数的影响

3．2．2辐射侧金属销钉间距对漏波天线复传播常数的影响

3．3低副瓣漏波天线的设计与优化

3．3．1天线阵列综合法

3．3．2低副瓣GWG-LWA的设计

3．3．3低副瓣GGW-LWA的优化

3．4实物测试与分析

4基于GWG的二维扫描天线阵列设计

4．1 Butler矩阵理论基础

4．2定向耦合器设计

4．2．1定向耦合器理论基础

4．2．2基于GGW的3dB定向耦合器设计

4．3交叉结设计

4．3．1交叉结理论基础

4．3．2基于GGW的交叉结设计

4．4移相器设计

4．4．1移相器理论基础

4．4．2基于GGW的移相器设计

4．5基于GWG的二维扫描天线阵列

4．5．1 1×4低副瓣漏波天线阵列设计

4．5．2 Butler矩阵的整体设计

4．5．3基于GWG的二维扫描天线阵列设计

5总结与展望

5．1全文总结

5．2下一步的工作展望

致谢

参考文献

附录