Ku波段双极化微带平面阵列天线的设计

摘要

合成孔径雷达(SAR)是一种微波成像雷达，因在民用和军用领域有着独特的优势，使其被广泛应用。SAR天线是SAR系统性能重要的子系统之一，直接影响着SAR系统的特性，如方位和距离分辨率、成像模糊度以及测绘面积等。而微带天线以其体积小、重量轻、低剖面、工艺简单以及可与馈电网络共面集成的优点，成为SAR天线一种重要的实现形式。双极化天线以其能产生和接受两个互不干扰的信号，扩大了两倍的信息量提高了SAR的工作效率。本文对双极化微带天线进行研究，主要研究内容有以下几个方面: 1.介绍微带天线的馈电方式以及极化特性和实现双极化的基本形式;由于本文最终需要设计的是微带阵列天线，所以对阵列天线的相关内容加以介绍和分析，对阵列天线设计中馈电网络的实现加以介绍，以及对实现馈电网络设计中的功分器进行介绍和选择。 2.在上述介绍的基础上，给出了Ku波段双极化微带天线单元的设计方案，使天线中心频率为15.2GHz，工作带宽≥1200MHz，VSWR≤1.6∶1，交叉极化电平≤-25dB。天线采用层叠结构和附加寄生贴片，通过临近耦合与缝隙耦合相结合的馈电方式，具有较好的极化隔离和低交叉极化电平，且能够实现宽频带特性。其中缝隙耦合是通过在地板上开有H形槽来实现的，这样能够得到宽频谐振性能以及良好的交叉极化特性，且提供更高的耦合效率。 3.在单元设计的基础上，先完成了2×2元双极化微带天线阵面阵的设计，阵列的馈电网络采用并联馈电的方式。再以2×2元阵列作为子阵设计24×4元阵列天线，使增益达到22dB以上，距离向波束宽度≥12·，方位向波束宽度≤5·，距离向副瓣电平≤-16dB，方位向副瓣电平≤-20dB。最后对24×4元的天线阵列进行加工、测试，得到所设计的天线阵列的性能指标满足SAR的要求。