資源簡介
近些年,無線電技術發展迅速,近而要求天線電氣性能也不斷提高。現階
段高容量移動通信系統要求天線具有可便攜、低輪廓、重量輕等特性,傳統反
射面天線形式已經不能滿足要求,而平面陣列天線是具有上述特點的天線。
本文以當前衛星通信天線、雷達天線工程應用實踐為背景,針對天線組陣中
的雙極化及圓極化特殊實現方法以及低副瓣要求展開研究,結合電磁仿真和試
驗驗證的研究方法,采用喇叭作為基本天線單元優化設計出幾種典型的平面陣
列天線。
(1)為實現雙極化、低副瓣平面陣列天線, 本文采用探針饋電角錐喇叭作為
基本輻射單元,采用低損耗準空氣同軸線構建陣列饋電網絡,通過無源加權網
絡實現陣列俯仰面方向圖低旁瓣設計,同時結合反相饋電方法提高了天線極化
端口隔離度、降低了交叉極化電平。采用陣列周圍加載扼流槽的方法實現天線
方位面方向圖(兩單元)低旁瓣、寬波束覆蓋設計。實測結果表明:天線交叉
極化抑制度大于 35dB,兩極化端口隔離小于-35dB。該天線的特點:雙線極化
共口徑輻射、極化鑒別度高、結構緊湊。
(2)為實現圓極化輻射陣列天線,采用單饋電實現圓極化的方法,優化設計
出單臂平面螺旋饋電階梯喇叭的圓極化輻射單元,分析了輻射單元主要電氣參
數(輻射方向圖、軸比、駐波)的寬頻帶電磁特性。以單元設計為基礎,設計
加工了 8×8 陣列天線。實驗結果表明:工作頻帶內駐波小于 1.5,小于 3 dB 軸
比帶寬超過 23%,交叉極化電平小于-15dB。提出旋轉反相饋電方法降低子陣
交叉極化電平,樣件測試結果與仿真結果吻合,驗證了組陣天線設計的正確性。
(3)為了突破 K 波段雙圓極化陣列天線技術,本文提出了一種雙圓極化波導
陣列天線結構,分析設計了高效率共口徑雙極化輻射單元、寬帶圓極化器、低損
耗波導饋電網絡。測試結果表明:此雙圓極化波導陣列天線具有效率高、軸比帶
寬寬,高隔離度等特點,口面效率大于 76%,軸比小于 3dB 帶寬為 16.5%,帶
寬內端口隔離大于 25dB, 該天線在要求小孔徑天線的衛星通信系統中具有很好
的工程應用前景。
(4)在雷達低副瓣天線技術要求下,提出了一種終端短路饋電形式的角錐喇
叭單元形式,以此構建出空氣介質填充方形同軸傳輸線饋電網絡自支撐結構的
低副瓣陣列天線(16×16)。空氣介質填充的同軸線具有損耗低、易加工的特點。
利用不等功分網絡實現了天線口徑的幅度加權,提出加載調諧釘的方法解決了
大功分比功分器端口失配的難題。天線樣件測試結果表明:駐波小于 2 的相對
帶寬為 7.5%,中心頻點增益為 31.8dB,頻帶內增益大于 31.5dB, E 面方向圖
副瓣電平低于-28dB, H 面方向圖副瓣電平低于-29.5dB。該天線結構緊湊、成本
低,具有很高的實用價值。
本論文主要工作是針對陣列天線的應用為背景所提出的研究內容,這些研
究成果在衛星通信、雷達探測天線系統中具有應用價值。
關鍵詞:陣列天線;喇叭單元;雙極化;雙圓極化 ;低副瓣
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