一种低剖面宽频带相控阵天线的研究

摘要

常规阵列天线只能辐射定向波束，但在馈电网络部分加上一些移相器等电扫描器件后，就可以实现辐射波束的空间扫描，这样的天线称为相控阵天线。相控阵技术现在有非常多的应用领域，比如在雷达、射电天文、天气预报、空中交通管制、电台广播、移动无线通信等领域已经有着非常多的应用实例，尤其随着4G的广泛部署、5G的积极研究，相控阵技术会在无线移动通信领域有更大的市场发展空间。
　　现在很多相控阵天线都需要低轮廓、宽频带特性。因此，面对相控阵天线的小型化和宽频带等需求，应该有新的研究方法与设计思路。
　　本论文研究并设计了一种低剖面宽频带相控阵天线，主要工作包括：
　　1.研究并设计了一种新型低剖面平面单臂螺旋天线，通过在螺旋臂背部加载金属圆盘调节天线的输入阻抗，可以使天线高度降低到00.119?(传统平面单臂螺旋天线高度的一半左右)时，所设计的新型低剖面天线在宽频带内具有非常好的工作性能。实测结果表明，天线的电压驻波比小于1.45（相对带宽11％），有很好的阻抗匹配特性，且天线在高、低频点的增益大于7dBic，满足对天线单元的指标要求。
　　2.用新型低剖面平面单臂螺旋天线作为天线单元进行了24元流线型阵列布局，减小了载体运动时的风阻。通过在阵列天线的反射板上开孔，将所有天线单元的馈电同轴线的外导体分开，使天线单元、反射板、同轴线之间不构成电流回路，从而降低了单元之间的互耦。阵列天线波束扫描结果表明，波束扫描到天顶方向时，最大增益在高、低频分别为19.3dBic、18.8dBic，交叉极化比在25dB以上，其轴比优于3dB；在要求的波束扫描角域范围内（0°≤φ≤360°，?≤65°），流线型阵列天线的增益在高、低频点均大于11.5dBic。
　　3.设计了一个一分二十四的紧凑型微带功分器对24个天线单元进行馈电。通过提出一种具有空间旋转结构的环形功分器，使得整个功分器的结构非常紧凑。同时由于采用了微带线形式，也使得整个馈电网络的剖面特别低。测试结果表明，在工作频带内，所设计的紧凑型微带功分器有很好的传输性能，总输入端口的反射系数在-22dB以下，传输损耗在高、低频分别小于0.5dB、0.3dB；传输一致性较好，24条支路输出信号的幅度最大相差0.4dB，相位最大相差4°；任意两条支路之间的隔离度都在20dB以上。
　　4.对设计的24元流线型阵列天线、紧凑型微带功分器进行了实物加工并与选购的移相器进行了系统组装与测试。测试结果表明，本论文设计的相控阵天线总端口的电压驻波比满足指标要求，在整个频带内小于1.6；波束扫描到天顶方向时高、低频增益分别为17.3dBic、17dBic，大于16dBic，辐射特性也满足设计指标的要求，在要求的整个扫描角域范围（方位角0°≤φ≤360°、俯仰角?≤65°）内高、低频增益均大于9dBic。

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第一章 绪论

1.1选题的背景与意义

1.2国内外的研究现状

1.3论文的主要内容和主要工作

第二章 基本理论

2.1阵列天线基本理论

2.2相控阵天线原理

第三章 低剖面宽频带相控阵天线方案的设计

3.1相控阵天线方案设计

3.2低剖面宽频带天线单元的设计

3.3低剖面宽频带流线型阵列天线的设计

3.4馈电网络的设计

第四章 低剖面宽频带相控阵天线的组装与测试

4.1相控阵天线的组装

4.2馈电通道的测试

4.3相控阵天线的测试

第五章 结束语

5.1论文研究成果

5.2需要进一步研究的问题

参考文献

致谢

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