x波段vivaldi阵列天线单元与互耦分析

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1、第1章绪论天线包含由Texas仪器公司承制的2000个MTT为2000小时，辐射功率为10W的X波段的T／R组件，该雷达具有远距离引导搜索、多目标跟踪、中距离空空导弹数传、群目标识别判断和气象探测等“能在任何时间、几乎同时看到任何地点和目标”的技术功能和工作方式。2000年，美国国防部联合攻击战斗机(JSF)项目办公室为第四代战斗机F．35开发新型机载有源相控阵雷达AN／AGP．81，并于2005年8月进行了两次AN／AGP．81试飞，新一代F．35具有当前世界上最先进的电．光分孔径及定位系统、宽带截获接收机和空空／空地辐射定位软件。图1．1功能强大的“宙斯盾”相控阵雷达我国在x波段舰载相

2、控阵系统方面也有所研究，1989年，国内已经成功开发了x波段无源相控阵雷达．344，主炮火控雷达，并成功用于装备海军大中型作战舰艇，其带宽1GHz左右(10％)。目前为止，国内对X波段有源相控阵雷达进行了相关研究，带宽也在1GHz左右，并进行了样机制作和实验。近年来，空中活动的增多，各式飞行器的性能逐渐提高，相控阵雷达需要在多功能、多目标情况下完成不同的任务，尤其是现代战争中面临着反辐射导弹、综合性电子干扰、目标隐身以及低空超低空防御等威胁。1．2．2阵列天线互耦抑制技术阵列天线中单元天线之间的耦合直接影响天线性能，如辐射方向图失真，副瓣升高，增益改变等，因此，阵列天线的去耦是设计中必须考

3、虑的问题。通常有两种方法去耦，一种是建立阵列天线的互耦系数矩阵，进行互耦补偿【l31，另一种是对天线结构本身进行改进。目前，已有很多科学家利用EBG结构和DGS缺陷地结构的表面波带隙特性来减小天线阵的互耦【14】。【17】，以提高天线阵性能。AbbasAliLoftiNeyestanak等人114】提出了一种蘑菇状EBG结构来抑制表面波的传播，大大降低了单元间的互耦。但EBG结构需要较多的周期性单元，会增加天线的面积，而DGS缺陷地结构体积小、结构更简单。这哈尔滨工程大学硕士学位论文两科，结构多用于微带贴片天线中，本文将DGS结构用于Vivaldi天线。电磁带隙结构【1引EBG．Elect

4、ronBandGap可以由介质材料周期性的排列组成，E前有各种EBG结构，EBG微带线是在介质板中打周期性的孔，或者是在金属导带和接地板上刻蚀周期性的孔实现，在接地板上刻蚀EBG结构，其阻带比较宽，比较深，偃．：是通带部分波纹很大，由于EBG结构的特性，很多科学家将其用于天线阵列设计中，例如在微带天线设计中，由于微带天线频带窄、高次模严重等会降低天线的工作效率，将EBG结构引入微带天线后，就可以在一定程度上解决这些问题，起到一定的改善一乍用。另外一点是，微带天线表面波的产生降低了天线的辐射效率，在相控阵天线应用中，因其介质衬底天线工作效率较低，同时辐射至介质里的能量激起慢波以及表面波，从而

5、造成阵列天线单元之间产生串扰以及噪声，将EBG引入阵列天线中，可以降低单：元之间的串扰和噪声，并可以增大各天线单元之间的隔离度，显著降低单元之间的互相蔼合，对于整体设计而言具有重大意义。另外一种互耦技术【18】就是缺陷地结构即DGS结构，典型的DGS结构是刻蚀在：金属地板上哑铃结构如图1．2，其传输特性由缺陷地的几何尺寸以及介质基板的特性参数决定。不同于EBG结构，单个缺陷地结构单元构成的微带线，在一些频率上具有奉：减极点以及截止频率。哑铃状的缺陷地单元可等效成一个电容C和电感L的并联电路的，。侈F工~-a-,。缺陷地结构(DGS结构)DGS同EBG一样是在接地板上刻蚀图形，但是并：不像E

6、BG那；洋拥有周期性结构，相对于EBG结构来说结构更加简单，易于制作，因此：i生微波集成电路和天线设计中应用极为广泛。DGS在接地板上刻蚀缺陷图形，扰乱了接地板表面的电流分布，从而改变传输线特性。处于中心位置阵元的电磁环境较为相似，处于边缘的阵元由于两侧单元分布刁：对称将导致各单元电流分布会有较大不同，改变原来的电流分布，这时我们就需要对激励幅度和相位大小进行相应的调节来减小阵列单元之间的耦合，通过调节天线阵单元的激励4第1章绪论来补偿其耦合影响，这种技术本：丈不多做介绍，重点我们从改善天线结构出发，以期达到相同的目的。1．3论文主要内容和结构安排本课题中，首先阅读了近年来关于Vivald

7、i天线单元及其阵列互耦抑制方面的文献资料，从中受益匪浅，并认真学习了几种电磁仿真软件，对Vivaldi天线的发展状况和实际应用都有了较深的了解。本文主要对Vivaldi天线的理论分析和软件仿真进行了相关研究，并详细分析了基于微带．槽线馈电的Vivaldi天线各参数对其性能的影响，重点介绍了馈电部分参数对S参数的影响，基于软件仿真对天线单元参数进行了优化设计，确定了Vivaldi天线单元的基本尺寸，确保天线在能在X波段能有