宽频带平板反射器阵列天线

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1、宽频带平板反射器阵列天线屈天莹北京市2861信箱6分箱100085[摘要]本文介绍一种宽频带平掘反射器阵列天线及其工作原理。该天线是以十六个宽频带对称振子作为基本辐射单元的平面阵列天线，利用金属平板反射器形成单向辐射，天线增益达到21dBi，／-作频率范围为400-1000MHz，电压驻波比小于1．5的实际工作带宽不小于500Mllz，相对工作带宽这到66．67％。关键词：天线宽频带高增益平板反射器阵列1引言某通讯工程任务要求我们为其研制宽频带且高增益的天线设备，结构上要便于安装、架设和运输。然而，就我们目前所了

2、解到的情况看，现有的研究成果尤其从工程实用的角度看还不能同时满足宽频带和高增益的要求。例如对数周期天线等菲频变天线，由于有效辐射区在结构上迁移，所以频带宽度可以很宽，带宽只受尺寸和结构精度的限制，但是增益值不高，只能达到中低增益(10．5dBi以下)，不适合收微弱信号：另一类是采用阵列技术等研制的高增益天线，如八木阵列等其增益值可以很高，但受到馈电、阻抗匹配等因素的限制，工作频带很窄，相对工作带宽一般在10％以内，窄带天线不能满足宽频带通讯系统的需求。为了满足用户需求，我们采用了平板反射器阵列天线方案，通过一些技

3、术手段展宽了工作频带并保证了带内增益。2天线组成及主要技术指标该天线是采用阵列天线技术、镜像原理及宽频带阻抗匹配技术研制而成的平板反射器振子阵列天线。主要包括十六单元宽频带辐射振子、平衡器和阻抗变换器、功率分配器、金属反射平板和天线罩等几个部分组成。见图1(实物照片)。天线的主要辐射体振子采用了铅压铸成型工艺；功率分配器和移相传输线等采用内圆外矩硬同轴线工艺兼作振子支撑和反射板的支撑骨架。结构紧凑、坚固，所有零部件除输出电缆座以外，全部密封在玻璃钢天线置以内，密封防护性能好，可以在高寒、高潮、盐雾酸雨等恶劣天气下

4、使用。天线的主要技术指标如下：频率范围：f=400--1000MHz天线增益：G=21dBi·79·围1平扳反射蠢夭线实物照片(除去玻璃钢天线罩)半功率波瓣宽度：2e—s=10420口5H=20。电压驻波比：Vs职s1．5(对50f1)前后辐射比：F／B≥25dB工作带宽(VSwRsl．5)：△f=500_61z相对工作带宽：Bar=66．7％功率容量：Pmax<500W雷电防护：内外导体直流接地天线体积：高×宽x厚§2．12m×1．06m×0．19m3工作原理3．1限制工作带竟的因素3．1．1阻抗匹配的限制平板

5、反射器振子阵列天线可利用阵列天线理论及镜像法来分析，有限接地平板的影响可以用几何绕射理论来进行计算。在文献[1]中分析了6单元半波振子平面阵列平板反射器天线的自阻抗及互阻抗，振子中心间距在两个方向上均是0．6k。从结果上看，由于互耦合的存在使得各个振子的阻抗都发生了较大变化。耍想达到阻抗匹配，首先要调整每个振子的长度来抵消电抗分量，使输入阻抗变为纯电阻。然后才能根据馈电幅度分布的要求来设计相应的不等幅功率分配器。当频率改变眺后，由于谐振长度变化，输入阻抗变成复数，因而改变了馈电相位及幅度分布，导致失配和方向性改变

6、，由此可见，振子间包括与镜像振子之间的互耦影响是限制工作频带的重要因素。3．1．2振子与平板间的距离限制振子与电气上足够大金属平扳反射器构成的天线，在主瓣方向上可用镜像理论来分析辐射方向图。设振子与板间的距离为d，则分析一个间距为2d的等幅反相二元阵会对照射间距的选取提供参考。随着间距的增大，主瓣随之变宽增益随之下降；当间距减小时由于互耦的增强，使阻抗匹配交坏，但不降低方向性增益。通过计算比较，发现d=o．22九—o．27X是较理想的照射间距。在此情况下，相对工作带宽为20．4％。3．2展宽频带的措施3．2．1用

7、增大振子之间间距的方法来减小互耦影响在平面阵列天线设计时为了避免阵因子出现栅瓣。通常使得阵单元在两个方向上的间距都小于九12l。水平间距dh的选取：dh从O。4243．max变化到O．848Lmin．保证水平间距在高频时小于1个波长，以满足抑制栅瓣的条件，如图2所示。对于工作在一个倍频程的天线，垂直间距dv的选取：dv从o．781；Lmax变化到1．562Xmin，Lmax和Xmin分别代表最低和最高工作频率所对应的波长。当振子垂直方向间距dv大于1个波长时阵因子会出现栅瓣，必须设法抑制。所采取的·80·田2平板

8、反射嚣天线电原理围UnUnUnU曰措施是在高频时采用了全波振子或最佳方向性5培^对称振子，用振子本身在阵因子栅瓣方向的零辐射或弱辐射波瓣来抵消或减弱栅瓣的影响。分别以半波撮子，全波振子和5，8九最佳振子作为基本辐射单元，等幅周相等间距排列并联馈电得到边射阵天线，可以认为它作为反射板的照射器。在不同间距时的E平面理论计算方向图及增益等请见图3。其中L为以波长表示的振子半臂长