超宽带多极化可重构等离子体天线研究

摘要

当今，为应对复杂多变的电磁环境，米波雷达的抗多径效应能力、隐身目标探测能力、宽角扫描能力有待提升。为实现米波雷达在这些方面能力上的提升，不同频点、不同极化方式、不同辐射方向的振子高效融合是需要攻关的关键技术。为突破该技术难点，文中对超宽带多极化可重构等离子体天线展开研究。
　　基于项目组提出的双套筒超宽带天线理论，通过仿真研究，设计了一款在S11<-10dB的前提下，工作频带为28.7MHz~102MHz的超宽带天线。其阻抗带宽达到了3.55:1，相对带宽达到了112%，是鞭天线、对称振子天线形式的天线中十分罕见的超宽带天线。在30MHz~100MHz项目要求的工作频带内，S11都小于-11.75dB。
　　同轴缝隙水平极化天线是一个比较冷门的研究领域，但若将其与原有垂直极化天线高效融合，产生更多的极化方式，必将大幅提升单一垂直极化天线的性能。文章从柱面缝隙天线开始，再到同轴缝隙天线，进而到基于双套筒同轴结构的缝隙天线，一步一步实现了水平极化天线与垂直极化天线的融合。在垂直极化天线套筒外壁开竖缝，通过非传统的新型缝隙天线馈电方式，完成了基于垂直极化天线双套筒结构的同轴缝隙天线设计。经实验验证，该设计是切实可行的。双套筒结构是垂直极化天线与水平极化天线巧妙结合关键所在。
　　为使水平极化缝隙天线的工作频率在30MHz~100MHz范围内，特提出了基于介质填充的缝隙天线电小实现方案。通过介质填充和馈电点旋转的方式，实现了同轴缝隙电小天线的设计。在此，突破了同轴缝隙天线d/λ=0.117的极限值，为同轴缝隙天线在纵向和横向的电小提供了新的解决方案，提高了低频同轴缝隙天线的适用性。
　　同轴缝隙天线带宽较窄，为使其工作频率范围在30MHz~100MHz且连续可调，研究了基于等离子体遮挡的扫频实现方案。该方案利用等离子体的似金属性，用等离子体遮挡缝隙两端，调节等离子体遮挡长度即改变有效辐射缝隙长度，实现其工作频率的变化。为增强天线的实用性，设计了基于滤波器的馈电宽带匹配方案。通过在馈源和天线之间加入滤波器，使得在馈点位置固定的情况下，匹配依然良好。
　　30MHz~100MHz频段属于HF、VHF频段，频率较低，天线尺寸巨大，大地对天线性能的影响严重。其具体影响方式是反射电磁波，使天线辐射主瓣上抬。为解决该问题，特研究设计了基于等离子体反射阵的方向图可重构方案。针对不同频点，控制等离子体反射阵中等离子体柱的长度，可实现天线辐射主瓣位于水平面上。

目录

声明

第一章 绪论

1.1等离子体天线研究背景与意义

1.2国内外等离子体天线研究现状

1.3国内外超宽带天线研究现状

1.4国内外多极化天线研究现状

1.5国内外可重构的智能天线研究现状

1.6论文的主要内容与章节安排

第二章 基础理论

2.1天线基本理论

2.2超宽带天线基本理论

2.3多极化天线及同轴缝隙天线基本理论

2.4可重构天线基本理论

2.5等离子体天线基本理论

2.6本章小结

第三章 超宽带多极化可重构等离子体天线的研究与设计

3.1天线设计总要求

3.2天线CST仿真研究

3.3天线系统控制方案设计

3.4本章小结

第四章 超宽带多极化可重构等离子体天线的加工与测试

4.1天线加工

4.2走线方案设计

4.3同轴开关及其控制设计

4.4天线测试

4.5本章小结

第五章 总结与展望

5.1论文工作总结

5.2后续研究工作

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文