复合空馈阵组阵技术的研究

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1、摘要复合空馈阵组合技术的研究本论文研究微带贴片单元的复合式印刷空馈阵天线及其组合技术，以期实现高增益的同时仍保有可用的公共频带宽度。为了提高微带贴片天线的增益、并避免微带贴片阵的复杂馈线网络，本文立足于Fabry-Perot谐振器天线的原理，采用谐振器结构的改进方案：采用频率选择表面(FSS)为盖板、u形缝隙加载的矩形贴片或双层堆叠式贴片(下贴片同轴馈电、上贴片耦合馈电)为辐射器、以及人工磁导体(AMC)为反射基板。首先研究了通过增加基板．盖板间距提高复合式印刷空馈阵天线的增益，这种方法虽然明显提高了天线最高增益(～5dB)，但其公共频带宽度只有不到2％，几乎无法实际应

2、用。然后，从展宽天线频带的角度出发，研究了通过减小板材介电常数(矗从3．2改为2．2)展宽复合式印刷空馈阵天线的频带，并从加工精度和仿真时间两方面考虑，将天线设计的中心频率从14GHz搬移到10GHz。设计结果表明，这种方法确实起到了展宽天线频带的作用。因此后续对复合式印刷空馈阵子阵单元及其阵列的研究，都采用了er=2．2的板材并设计在10GHz附近。为了同时获得高增益和宽频带，本文提出了先设计宽频带中等增益的复合式印刷空馈阵子阵单元，再用该子阵单元组合成宽频带高增益的天线阵的思路。为了方便组阵，对子阵单元的设计提出了以下三个方面的改进：(1)子阵单元的轮廓设计为正六边

3、形以方便组阵时采用蜂窝状结构；(2)子阵单元的馈源由U形缝隙加载的矩形贴片换成下贴片同轴馈电、上贴片耦合馈电的双层堆叠式贴片以改善馈源所辐射波瓣图的旋转对称性；(3)FSS和AMC的每圈贴片都采用正六边形网格布局以减小其在对角线平面的非对称性，但同时仍保持FSS由内圈到外圈贴片边长的锥削变化以及AMC由内圈到外圈贴片边长的逆锥削变化以实现相位补偿。本文采用以上方法设计的复合式印刷空馈阵子阵单元经由在CST里的仿真和结构参数优选，加工出的样品经测试结果为：公共频带(回波损失≤一10dB&增益跌落≤-2dB&副瓣电平≤一15dB)为9．57～lO．32GHz，即7．54％；

4、最高增益16．59dBi，基本满足了宽频带和中等增益的要求。用该子阵单元通过适当的锥削幅度馈电(通过馈电网络的设计实现)的7单元复合式印刷空馈阵天线阵，加工出的样品经测试结果为：公共频带((回波损失≤一10dB)&(增益跌落≤-3dB)&(副瓣电平≤一15dB))为9．49～10．31GHz，即8．28％；最高增益22．51dBi，基本上同时满足了宽频带和高增益的要求。关键词：高增益天线，印刷天线，空馈阵天线，频率选择表面，人工磁导体，Fabry．Perot谐振器东南大学硕士学位论文RESEARCHONCoMPoUNDPRINTEDAIR．FEDARRAYANDITSC

5、oMBINATIoNTECHNIQUEAbstractThisthesisfocusesontheresearchofcompoundprintedair-fedarray(CAFA)anditscombinationtechnique，theexpectationistoachievethehigh-gainperformancewithapracticablecommonbandwidth．Forenhancingthegainofmicrostrippatchantennawhileavoidingthecomplicatedfeedingnetworkofits

6、array,basedontheprincipleoftheFabry．Perotresonatorantenna,thisthesisadoptsanimprovedschemeoftheresonatorstructure：AFrequencySelectiveSurface(FSS)isusedasthecoveLaU-slottedrectangularpatchoratwo-layerstackedpatch(thelowerpatchisfedbycoaxialcableandtheupperonefedbyelectromagneticcoupling)i

7、susedastheradiator,anArtificialMagneticConductor(AMC)isusedasthereflectingbase．ThemethodforenhancingthegainofCAFAbyincreasingthecover-basedistanceisfirstlyresearchedandthemaximumgainofC：AFAisobviouslyenhanced(～5dB)，however,itscommonbandwidthwhichislessthan2％makesithardlyp