基于强互耦的稀疏天线阵列设计

摘要

相控阵天线具有高速的波束转向、多目标跟踪和低副瓣或超低副瓣等优良特性，因此广泛应用在现代军事雷达和卫星通信中。传统相控阵天线的每个单元均需与馈电网络、移相器、T/R组件、放大器等射频前端连接，因此高的成本限制了应用范围。随着相控阵天线应用到商业车载防撞雷达和机器人传感器中，对阵列天线的制造成本、集成性、复杂度提出了严格的要求，而对副瓣电平和精确的扫描角的要求不再苛刻，因此低成本的相控阵天线受到越来越多的重视。本文利用阵元之间的耦合减少阵列中需要与馈电网络直接相连的阵元数目，降低天线的总体成本、重量和损耗。论文的主要内容包括如下部分：
　　首先，讲述了相控阵天线的发展及过去几十年里为了降低天线成本采用的技术手段。
　　其次，阐述了普通的阵列天线的理论基础，论述了阵元之间的耦合原理。提出了有意增加单元之间耦合设计阵列子阵单元的基本思想，并利用阵元之间的耦合分别给出了一维和二维阵列的拓扑结构。
　　再次，设计了基于互耦原理的几款微带天线阵列，主要包括侧射和固定波束指向的线性阵列，分别通过实验的验证，表明了在保证口径效率、副瓣电平等特性不变的前提下，与传统的等阵元数目的阵列相比，实现了天线设计的低成本。
　　最后，使用电控调节的模拟移相器作为分阵单元中的耦合结构提供连续的相位变化，设计了工作频率为8.6~9.2 GHz、在±30o范围内扫描的背腔偶极子天线阵。该阵列的增益比微带阵列的增益高，并且当仅仅变化外接移相器的相位，可以实现小角度范围的扫描。

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第一章 绪论

1.1 低成本相控阵天线的研究背景和意义

1.2 低成本相控阵天线的国内外研究现状

1.3 论文的主要内容及安排

第二章 基于互耦的稀疏阵列的理论

2.1 阵列天线的基本理论

2.2 阵元的互耦效应

2.3 基于互耦的阵列原理与形式

2.4 本章小结

第三章 基于互耦的双L型带线馈电E面侧射阵列

3.1微带天线

3.2 稀疏阵列的分阵单元

3.3 二元侧射阵列

3.4 实验的验证和测试

3.5 本章小结

第四章 固定倾斜角的稀疏阵列

4.1 阵元的等效多端口网络

4.2 N=1分阵单元

4.3 N=2的分阵单元

4.4 线形阵列仿真结果与讨论

4.5 阵列的测试结果

4.6 本章小结

第五章 宽带扫描稀疏背腔天线

5.1 阵元背景

5.2 分阵中的耦合结构

5.3 分阵单元的设计

5.4 分阵单元

5.5 阵列天线的仿真结果

5.6天线的性能测试

5.7本章小结

第六章 结论

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果