机载宽带Vivaldi天线及组阵技术的研究

摘要

宽带相控阵雷达是一种在目标成像、多目标跟踪、测向定位、反导弹等方面有重要用途的新型雷达,将在未来军用与民用领域中扮演重要的作用。而宽带相控阵在无人机上的应用更是各国研究的热点。本文主要针对 X波段宽带相控阵天线的需求设计了一种宽带Vivaldi天线单元,分析了天线单元的各结构特性,并根据所设计的天线单元研究了其机载的组阵形式。本文主要做了以下工作内容。
　　对 Vivaldi天线的相关理论进行了研究,证明了 Vivaldi天线满足比例变换原理,对其槽线上的电流分布特性做了研究。对Vivaldi天线各个结构的特性与设计方法进行了研究,归纳整理了Vivaldi天线的设计方法,并应用切比雪夫多节阻抗变换器设计Vivaldi天线的阻抗匹配。之后根据指定的设计范围,对 Vivaldi天线的各天线参数进行了初步设计,得到天线的模型,之后对各个天线参数对天线的性能影响做出了分析与优化,并将褶皱结构运用到天线中,从而得到最终的天线模型并给出了其物理尺寸。根据仿真结果,优化后的Vivaldi天线其带宽很好的覆盖了X波段,在X波段的回波损耗小于-12dB,驻波比小于1.8,天线增益大于7.5dB,波束宽度大于50°。最后通过比较相关成果验证了天线的可行性。
　　在研究设计了X波段Vivaldi天线单元后,对阵列天线的综合方法进行了研究。通过对比道尔夫-切比雪夫综合法、泰勒综合法的方向图特性,选择泰勒综合法对机载相控阵进行设计。然后应用之前设计的 Vivaldi天线来进行机载布阵。用16个天线单元进行泰勒综合,布置泰勒阵列,接着采用5个泰勒线阵布成面阵的方法将天线布置在飞行器机腹上。根据仿真结果得出,该种布阵方法展现了良好的性能,在X波段以内,其副瓣电平SLL在-30dB左右,天线增益大于18dB,扫描宽度为±30°,完全能满足相控阵的特性需求。

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第一章 绪 论

1.1 选题背景

1.2 国内外研究现状

1.3 研究目标

1.4 研究内容

1.5 本文结构安排

第二章 相关理论分析

2.1 切比雪夫多项式

2.2 有限元法

2.3 机载天线单元的选择

2.4 阵列天线理论

2.5 本章小结

第三章 Vivaldi天线单元的研究与设计

3.1 Vivaldi天线的特性分析

3.2 Vivaldi天线结构分析

3.3 Vivaldi天线单元设计

3.4 本章小结

第四章 Vivaldi天线单元仿真实现

4.1 Vivaldi天线各部分结构仿真实现与结果分析

4.2 Vivaldi天线单元仿真实现与结果分析

4.3 本章小结

第五章 机载天线组阵的研究与设计

5.1 阵列天线综合方法

5.2 阵列天线的设计与机载组阵

5.3 本章小结

第六章 机载天线组阵仿真实现

6.1 1×16泰勒线阵仿真实现与结果分析

6.2 5×16平面阵仿真实现与结果分析

6.3 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 全文总结

7.2 后续工作展望

致谢

参考文献