S波段双圆极化微带天线研究

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1、第一章绪论§1.1圆极化微带天线的发展概况及项目研究背景论文题目来源于中继星通信的预研项目，内容包括弹载平台的全向天线和机载、车载设备的定向天线。要求对天线的方案进行论证、仿真设计以及实验调试。微带天线作为一维小型化天线，以其低轮廓，易集成，可共型等优点而得到■广泛的应用，而高性能圆极化天线在当前的应用中更加广泛，圆极化微带天线的实用意义主要体现在1:圆极化夭线可接收任意线极化来波，且其辐射波可由任意线极化天线收到，故电子侦察和干扰中普遍釆用圆极化天线；2：在通信，雷达的极化分极工作和电子对抗等应用中广泛应用圆极化天线的旋向正交性；3：圆极化入射到对称目标（如平面，球面

2、等）时旋向逆转，因此圆极化天线应用于移动通信GPS等能抑制雨雾干扰和抗多径反射。实现圆极化的方法大体可以分为3类。表1.1实现圆极化的3种方法产生机理实现形式单馈法论，利用简并模分离元产生两个辐射正交极化的简并模工作。引入几何微扰，方案多样，适于各种形状贴片。多馈法多个馈点馈电，由馈电网络保证圆极化工作条件。可采用T型分支或3dB电桥等馈电网络。多元法「便用多个线极化辐射元，原理与多馈点法相似,只是将每一馈点分别对一个线极化辐射元馈电。有并馈或串馈的多元组合，可看作天线阵。优点无需外加的相移网络和功率分配器，结构简单成本低适合小型化。可提高驻波比带宽及圆极化带宽，抑制交

3、叉极化，提高轴比。具备多馈法的优点而馈电网络较为简化、增益高。SZ缺点带宽窄，极化性能较差。馈电网络较复杂，成本较高，尺寸较大。结构复杂,成本较高，尺寸大。极化的基本电参数是最大辐射方向上的轴比。轴比不大于3dB的带宽，定义为天线的圆极化带宽。轴比将决定天线的极化效率。任一圆极化波可分解为在时间，空间上均正交的等幅线极化波，由此得到实现圆极化的基本原理：产生两个空间正交的线极化电场分量并使二者振幅相等（即简并模人相位差90。，尽管圆极化天线形式各异，但产生机理万变不离其宗。bVJ§1.2本文的内容安排本文的内容安排如下：阐述了项目來源及圆极化微带天线的发展概况。做为设计

4、定向天线的理论基础,讨论了缝隙耦合微带天线的传输线模型和腔模理论。分析了矩量法计算口径耦合微带天线的基本原理。第三章,做为设计全向天线的理论基础,讨论了圆贴片的空腔模型并计算了模的圆极化方向图；用变分法分析了单点馈电的微扰夭线。第四章,重点介绍了定向天线的设计过程给出了天线的测试结果，并对天线设计进行了经验总结。第五章,第矢章,介绍了采用微扰结构工作于"你模的单馈点圆极化微带天线的设计过程及实测结果；介绍了工作于尬口模的4点馈电的圆极化微带夭线的设计及实测结果；介绍了工作于门模的缝隙耦合的圆极化微带天线的设计过程及测试结果。提出了一些改进的办法。对全文工作的总结。第二章

5、定向天线的理论分析§2.1定向天线指标分析该天线主要考虑用于飞机、车辆等运动载体。天线与射频电子单元、天线平台的接口方便、可靠。具体指标如下:频率范围:发送：伟〜仇,中心频率给接收：fL2-fH2,中心频率f02天线尺寸限制:180X470X20mm3半功率波束宽度:方位：18°;俯仰：$50°天线增益：天线收发方式:极化方式：收发分开，双频极化（发左旋，收右旋）极化轴比:不大于2dB驻波比：VSWRW1.5工作温度:-20°C〜45°C俯仰指向步进可变跟踪方式：从天线的指标來分析，工作带宽，双圆极化以及微带天线的阵列技术是需要解决的关键技术。1.宽频带微带天线技术

6、1宽频带特性一直是天线学者在理论和技术上研究的重要课题。微带天线常用输入驻波比VSWRW2.0来衡量其工作带宽，一般微带天线带宽约2%。本项目中的定向天线需要收发共用，驻波比VSWRW1.5的天线工作频带需覆盖发送、接收两个频段，最宽达12%以上，要达到这一指标，其VSWRW2.0的带宽大约在30%以上。传统的贴片微带天线为谐振式天线，带宽很窄（约2%）,达不到要求,若采用行波式微带天线，带宽可以满足要求,但增益达不到要求。天线能够宽频带工作是首要解决的关键技术。2・S波段微带天线阵列技术考虑到天线尺寸不能太大，需要用同一阵面同时工作于发送与接收频段，带宽达12%以上，

7、还需要双圆极化工作，在解决好宽带和圆极化技术的同时，还需要考虑天线之间的互耦对天线性能的影响，并优化馈电网络，以减小损耗，最大限度的提高天线的口径利用率。（提高天线增益）。3.圆极化技术要保证该天线的圆极化轴比在12%的带宽内小于2dB,就必须要求天线辐射场的两个线极化分量幅度在边频点上都能尽量保证幅度相等，相位差90S任何的幅相误差IP可能带来轴比的恶化，这就对馈电网络提出了较高的要求。双频段、双极化是其要解决的关键问题。§2.2定向天线的实现方案为了实现宽频带工作，采用了缝隙耦合的单元组成阵列，这些单元工作频带较宽，同一单元可以实现双