基于周期结构的强耦合阵列天线的设计

摘要

随着现代无线通信技术的飞速发展，强耦合阵列天线在相控阵雷达、空间探测、移动通信等领域有着广泛的应用。因此，研究提升强耦合阵列天线的阻抗带宽有着重要理论意义和实用价值。
　　作者的主要工作可概括为：
　　1.研究了具有金属地板的频率选择表面（FSS），提出了一种加载磁介质的FSS复合结构。通过对单层FSS、双层FSS以及加载磁介质的FSS进行了大量的仿真分析和优化设计，研究了各个尺寸参数对于 FSS频率特性的影响。设计出工作在3.6-7.2GHz频段内的单层FSS复合结构，其反射系数小于-10dB，反射相位在-90~+90度之间。为了提升复合结构的工作带宽，设计出双层 FSS复合结构，其工作带宽增加了17％。在此基础上，通过加载磁介质进一步增加了 FSS复合结构的工作带宽，研究表明在2.9-5.7GHz范围内反射系数小于-10dB，并且反射相位在-90~+90度之间变化平稳。
　　2.基于强耦合阵列的带宽极限原理，研究了展宽强耦合阵列天线阻抗带宽的方法。为了降低剖面和增加带宽，分别设计了加载单层FSS、加载双层FSS以及加载具有磁介质的FSS无限大强耦合阵列天线。其中，单元结构采用交叠偶极子的形式。通过大量仿真优化，结果表明，加载单层FSS的阵列工作带宽倍频程可以达到18.7，加载双层FSS的阵列工作带宽倍频程可以达到35.5，加载具有磁介质的FSS阵列的工作带宽倍频程可以达到46.9。
　　3.研究了有限大强耦合阵列天线。其中采用加载单层FSS的复合结构，分别设计了2?8和1?8的强耦合阵列，分析了不同单元在相扫时的有源驻波比的变化。并进行加工、组装和测试了1?8的强耦合阵列，阵列的整体尺寸为00??0.12?，剖面高度为0.17?low。测试结果与仿真结果一致，实现了3.5倍频的工作带宽。设计了一种加载磁介质的2?8强耦合阵列天线，分析了其不同单元的阻抗特性。阵列在1.5GHz，5GHz以及11GHz频点处增益分别为6.5dBi，9dBi和18.4dBi，对应的阵列整体尺寸分别为0.15??0.6?，0.5??2?，1.1??4.4?。将该阵列单元与加载单层FSS的2?8阵列单元的有源驻波比进行对比，结果表明，加载磁介质可以有效改善2?8强耦合阵列天线的阻抗匹配，可以实现5倍频的工作带宽。

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第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3本文的主要安排及内容

第二章 强耦合阵列及相控阵理论基础

2.1天线的基本电参数

2.2相控阵基本理论

2.3强耦合阵列基本理论

2.4 本章小结

第三章 频率选择表面的基本理论与仿真

3.1频率选择表面的基本理论

3.2具有金属地板的频率选择表面的研究

3.3加载磁介质的贴片型频率选择表面的设计

3.4 本章小结

第四章 无限大强耦合阵列天线的设计

4.1无限大强耦合阵列的仿真

4.2 加载单层FSS的无限大强耦合阵列的设计

4.3加载双层FSS的无限大强耦合阵列的设计

4.4加载有磁介质无限大强耦合阵列的设计

4.5 本章小结

第五章 强耦合相控阵天线的设计与测试

5.1加载单层FSS的强耦合相控阵天线的仿真与测试

5.2 加载磁介质的2×8强耦合阵列天线的设计

5.3本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

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