Ku波段低旁瓣微带反射阵天线研究

摘要

由于目前的无线频谱资源已近枯竭，而无线通信业务对频谱资源的需求却正在指数上升。为了充分利用有限的频谱资源，本文以同时同频全双工技术为背景，对其中的收发天线展开研究。所设计的天线以微带反射阵天线为架构，将发射馈源、接收馈源、微带反射阵三者融合为一体，最终实现在同时同频工作条件下，收发馈源间具有高隔离度、反射阵辐射方向图具有高增益低旁瓣的目的。主要研究内容包括以下几个方面：
　　首先，设计出用于该微带反射阵天线的馈源。对于反射阵天线而言，馈源天线的优劣将直接关系到天线的总体性能，其中，馈源辐射方向图是最为重要的关键点。因此，本文采用带高次模的圆锥喇叭，设计了一款方向图等化性较好的双模圆锥喇叭天线，并以此作为微带反射阵天线的馈源。
　　其次，完成对反射阵相位补偿单元的设计。高线性度、宽相位补偿范围是反射阵单元的设计难点，本文采用双层叠堆贴片结构，通过引入频率相近的两个谐振点，使反射单元具有454度的相位补偿能力，从而为反射阵面的设计做铺垫。
　　第三，基于反射阵天线相位补偿理论设计出可工作于同时同频条件下的反射阵面。由于该反射阵天线需要同时收发信号，从而要使反射阵面反射发射馈源信号所形成的波束指向应与所接收信号的方向相同，因此本文根据对称性以及天线的互易性设计出形状为椭圆形的反射阵面。该阵面单元关于椭圆的长轴和短轴对称，收发馈源以侧向馈电的方式，沿椭圆长轴方向放置于反射阵面同侧，且两者关于经过椭圆短轴的阵面法平面镜像对称。但是，此结构在满足反射信号与接收信号指向相同的同时，方向图产生了较大的旁瓣，所以本文进一步采用遗传算法对部分反射单元进行优化，最终实现对旁瓣的抑制。
　　第四，采用多层PCB工艺完成微带反射阵天线的设计。最终所得天线性能优良，阵面尺寸为300×240×3.2mm3。在中心频率15.3GHz处，主瓣增益为24.3dBi，3dB波瓣宽度为6度，旁瓣电平－15.6dB，－40dB隔离带宽为1.3GHz。
　　本文最后为所做工作的总结，并对下一步工作以及相关技术的发展趋势做了展望。

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第一章 绪 论

1.1 研究工作的背景与意义

1.2 国内外研究进展与历史背景

1.3 本文的主要贡献与创新点

1.4 本论文的结构安排

第二章 微带反射阵天线基本理论

2.1 微带反射阵天线的组成及工作原理

2.2 微带反射阵天线的设计要求

2.3 微带反射阵单元的分析方法

2.4 微带反射阵单元的类型

2.5 本章小结

第三章 15GHz馈源喇叭的设计

3.1 双模圆锥喇叭的原理

3.2 双模圆锥喇叭的设计与仿真

3.3 双模圆锥喇叭馈电结构的设计

3.4 双模圆锥喇叭的测试结果

3.5 本章小结

第四章 15.3GHz低旁瓣微带反射阵天线研究

4.1 引言

4.2 叠堆贴片反射单元的设计

4.3 微带反射阵面的设计与优化

4.4 仿真结果

4.5 测试结果

4.6 本章小结

第五章 总结与展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果