超宽频带锥削槽天线及阵列的设计与实现

摘要

现代雷达、电子对抗、无线通信、射电天文等领域电子设备的不断升级和日益多功能化给天线提出了越来越高的要求，超宽频带天线及阵列已成为当前国内外天线领域的重要研究课题之一。本文紧密结合研究课题，以工作带宽为14～15倍频程的超宽频带天线及阵列为设计目标，对超宽频带锥削槽天线及阵列的设计方法及工程实现进行了系统的研究。所取得的主要研究成果为：
　　 1.对超宽频带低损耗平衡槽线巴伦进行了研究。提出了一种结构简单的微带线-槽线转换器，采用极端大角度的槽线扇形枝节来显著降低转换器在高频端的辐射损耗，同时采用大角度的微带扇形枝节来实现转换器的宽频带阻抗匹配。提出了一种共面波导-槽线转换器，采用双Y巴伦和锥削阻抗变换器以及适当的空气电桥来实现转换器的宽频带阻抗匹配，同时有效抑制了共面波导奇模谐振的辐射损耗。设计了一种结构紧凑的带状线-双面槽线转换器，获得了宽频带低损耗性能，且相邻转换器之间具有较小的耦合。
　　 2.对超宽频带高增益锥削槽天线进行了研究。依据表面波天线的基本理论，论述了锥削槽天线的有效工作区，讨论了锥削槽的形状和波纹边缘结构对天线性能的影响，提出了一种新型的宽频带高增益对数锥削槽结构，并在辐射臂外边缘引入波纹边缘来进一步提高低频端的定向性，最后分别设计了微带馈电和共面波导馈电的超宽频带锥削槽天线。
　　 3.对超宽频带锥削槽无限阵列天线进行了研究。根据锥削槽阵列天线的单元耦合分析结果，阐述了本文中宽频带阵列天线的设计方法，研究了锥削槽无限阵列天线单元的结构尺寸对单元互耦的影响，以及单元互耦对阵列单元阻抗性能的影响，最后设计了带状线馈电的超宽频带宽角扫描锥削槽阵列天线单元。
　　 4.对适用于阵列天线的超宽频带低损耗馈电网络进行了研究。通过剔除一些不必要的设计要求，采用灵活的拓扑结构来获得了更大的设计自由度，对整个馈电网络的所有功分器进行了整体优化设计，使该馈电网络在获得宽频带阻抗匹配的同时，尽可能地降低其损耗。
　　 5.对超宽频带锥削槽有限阵列天线进行了研究。基于超宽频带锥削槽有限阵列的单元耦合分析结果，对不同规模有限阵列天线的截断效应进行了分析，提出了一种有效减小有限阵列截断效应的方法，给出了最终设计的宽频带锥削槽有限阵列天线的性能分析，最后实际加工了一个超宽频带锥削槽有限阵列天线的实验模型，采用测试结果验证了设计方法的可行性和有效性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

§1.1超宽频带天线及阵列天线概述

§1.2超宽频带锥削槽天线研究进展

§1.3超宽频带锥削槽阵列天线研究进展

§1.4研究背景和意义

§1.5本文的研究内容及作者的主要工作

第二章 天线及阵列天线基础

§2.1天线的基本理论概述

§2.2阵列天线的基本理论

§2.3带宽的描述

§2.4超宽频带天线的实现方法

§2.5超宽频带阵列天线的设计概念

§2.6小结

第三章 超宽频带平面印刷巴伦设计

§3.1引言

§3.2常用微波集成传输线的宽频带特性分析

§3.3微带线-槽线转换器

§3.4共面波导-槽线转换器

§3.5带状线-双面槽线转换器

§3.6小结

第四章 超宽频带锥削槽天线设计

§4.1引言

§4.2对数锥削槽设计

§4.3波纹边缘结构的性能分析

§4.4锥削槽天线的实验研究

§4.5小结

第五章 超宽频带锥削槽无限阵列天线设计

§5.1引言

§5.2超宽频带锥削槽阵列天线单元耦合分析

§5.3超宽频带锥削槽阵列天线设计方法

§5.4无限阵列天线的单元耦合分析

§5.5无限阵列天线单元设计

§5.6小结

第六章 超宽频带锥削槽有限阵列设计

§6.1引言

§6.2有限阵列的单元耦合分析

§6.3有限阵列边缘截断效应

§6.4有限阵列天线设计

§6.5超宽频带阵列天线馈电网络设计

§6.6有限阵列天线的实验研究

§6.7小结

第七章 全文总结

致谢

参考文献

攻读博士学位期间的研究成果