宽带圆极化波导缝隙天线的研究

摘要

宽带通信由于通信容量大、保密性好等诸多优点，成为通信系统研究的重要部分。而圆极化天线由于抗干扰能力强、能够接受任意线极化及相同旋向圆极化来波等优点而广泛应用于雷达、导航、卫星等电子系统中。同时波导缝隙天线具有高增益、高效率、结构紧凑等优点。因此本文对宽带圆极化波导缝隙天线进行深入研究，设计出两种宽带圆极化天线单元和阵列。研究内容主要包括:
　　第一，提出一种加载背腔式H型宽缝的新型圆极化波导缝隙天线。天线在馈电波导宽边开纵缝的基础上，加载旋转45°放置的方形金属腔，金属腔的上口面加矩形微扰形成H型宽缝。馈电波导将能量从宽边纵缝耦合至上方的腔体，激励出两种空间正交的电场模式。H型宽缝引入微扰实现90°相差，从而辐射圆极化波。背腔式宽缝的引入实现了宽带圆极化辐射。本文设计了中心频率为12.5GHz的1×8线阵，仿真得到线阵的阻抗带宽为4％，轴比带宽为6.4％，增益为17dB，副瓣电平为-17dB。
　　第二，为降低天线剖面，将第一种设计中倾斜的腔体优化为正常放置，H型宽缝改为对角有一对方片微扰的方形宽缝。优化后天线高度降低了25％。研制出中心频率为12.5GHz的1×8线阵。测得的阻抗带宽为6.9％，轴比带宽为8.8％，增益15.4dB，口径效率53.7％。
　　第三，设计了一种新型的加载双层贴片的圆极化波导缝隙天线阵。天线单元由三部分组成，分别是馈电波导、一对分裂的切角贴片和完整的切角贴片。整体天线剖面较低，高度为半个空间波长。圆极化性能由两层切角贴片实现，层叠的贴片结构可以产生两个相互靠近的谐振点，从而展宽轴比带宽。本文设计了中心频率为10.5GHz的1×10线阵，仿真得到的阻抗带宽为5.4％，轴比带宽为15.2％，增益为17dB。
　　本文设计了两种宽带圆极化波导缝隙天线阵列，将传统波导缝隙天线与宽带圆极化单元相结合，使新的天线结构不仅具有波导缝隙天线增益高、效率高的优点，而且拥有加载的圆极化单元宽轴比带宽的性能。天线整体结构紧凑、剖面低、易加工，具有很好的应用前景。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 圆极化波导缝隙天线的研究现状

1．3 论文的内容与结构安排

2 圆极化波导缝隙天线带宽展宽技术

2．1 阻抗带宽

2．1．1 阻抗带宽限制因素

2．1．2 阻抗带宽展宽方法

2．2 轴比带宽

2．2．1 圆极化原理

2．2．2 轴比带宽展宽方法

2．3 矩形波导宽边纵缝导纳特性的研究

2．3．1 宽边纵缝归一化导纳与S参数的关系

2．3．2 宽边纵缝归一化导纳与谐振长度和偏移量的关系

2．4 天线远场圆极化轴比的测量

2．5 本章小结

3 波导缝隙馈电的背腔式宽缝圆极化阵列

3．1 波导缝隙加载背腔式H形宽缝单元的设计

3．1．1 天线单元基本结构

3．1．2 单元实现圆极化机理

3．1．3 馈电波导的设计

3．1．4 单元参数分析

3．1．5 单元仿真结果‘

3．2 1×8均匀直线阵列的设计

3．2．1 一维直线阵列结构

3．2．2 探针高度和偏移量对S参数的影响

3．2．3 线阵仿真结果分析

3．3 改进型波导缝隙馈电的背腔式宽缝单元的设计

3．3．1 天线单元基本结构

3．3．2 单元实现圆极化机理

3．3．3 单元参数分析

3．3．4 单元仿真结果

3．4 1×8均匀直线阵列的设计

3．4．1 一维直线阵列结构

3．4．2 馈电点位置和探针高度对馈电结构S参数的影响

3．5 天线实物加工与测量

3．6 本章小结

4 波导缝隙馈电的层叠贴片圆极化阵列

4．1 加载双层贴片的圆极化波导缝隙天线单元的设计

4．1．1 天线单元基本结构

4．1．2 单元实现圆极化机理

4．1．3 馈电波导的设计

4．1．4 单元参数分析

4．1．5 单元仿真结果

4．2 1×10均匀直线阵列的设计

4．2．1 一维直线阵结构

4．2．2 同轴探针高度和金属圆盘半径对S参数的影响

4．2．3 线阵仿真结果

4．3 本章小结

结束语

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和出版著作情况