微带反射阵列天线的研究与设计.pdf

南京理工大学
硕士学位论文
微带反射阵列天线的研究与设计
姓名:吴春红
申请学位级别:硕士
专业:通信与信息系统
指导教师:汪敏
20100601
摘要关键词:微带反射阵列、相位补偿、双层、宽带随着近代微波通讯、卫星通讯以及航天技术的迅猛发展,抛物面天线扮演着日益重要的角色。但是,由于现代社会对通讯系统灵活机动的要求,传统的抛物面天线笨重、体积庞大的劣势已经日益显现。为了克服抛物面天线的这些缺陷,国外的学者提出了低剖面的微带反射阵列天线结构,这种微带反射阵列天线综合了反射面天线和微带阵列天线的优点,以其重量轻、体积小、价格便宜易于制造特别是易于和其他物体共形、易与微带电路集成等优点,从年提出来后就受到了很高的重视并得到快速的发展。本文的研究即围绕微带反射阵列天线的设计展开。本文首先阐述了微带反射阵列天线的工作原理和基本的结构类型,详细研究和讨论了实现相移补偿的各种微带反射元的结构和原理,深入探讨了仿真反射元相移曲线的波针对微带反射阵列天线带宽窄的缺点,本文对影响微带反射阵列天线工作带宽的因素进行深入分析,重点研究了采用双层贴片层叠来扩展带宽的方法,并在理论基础上设计了一款工作在波段的宽带微带反射阵列。首先通过数值仿真软件仿真得到双层微带贴片单元的相移曲线,结果表明它具有良好的宽带性能。在此基础上,研制出有龅ピ!⒂稍沧独壤〉绲钠ɡ∥⒋瓷湔罅小7抡嬗氩馐越峁砻鳎罅兄鞑ㄊ在偏离阵列法线方向。方向,增益为左右,带宽大约为%。导模拟器技术。硕士论文微带反射阵列天线的研究与设计
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研究生签名:啦研究生签名:翼盔主竺舢解钼日抄/晗缭学位论文使用授权声明声明本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果,尽我所知,在本学位论文中,除了加以标注和致谢的部分外,不包含其他人已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文中作了明确的说明。南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档,可以借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容,可以向有关部门或机构送交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密论文,按保密的有关规定和程序处理。日
髀研究背景与意义随着近代卫星通信,微波通信和航天技术的迅猛发展,高增益大口径天线在雷达及远距离通信等领域扮演着越来越重要的角色。传统上,高增益天线的应用一直依靠抛物面反射器或者阵列天线H欢孜锩娣瓷淦鞅恐亍⑻寤哟螅绕涫瞧涮厥獾那表面很难制造。在更高的微波频段上就更难于加工。另外它也难以实现宽角度的电子波束扫描。微带阵列天线加工简单,但是大型阵列却需要复杂的功分馈电网络,同时传输损耗根大,天线效率较低。虽然利用微带阵列可以实现宽角度的波束扫描,但是却需要加载可控的移相器。后端复杂的波束形成器和大量昂贵的放大模块糯竽?楸挥美醇小由高损耗的波束形成器和移相器带来的功率损失沟闷涑杀竞芨摺R虼耍A思跣抛物面反射器以及传统阵列天线的缺点,“反射阵列”天线应运而生。荆⒋瓷湔罅刑煜呤怯筛銎矫娣瓷涿婧鸵桓隼≡刺煜咦槌桑罅课源谐振单元组成单屏或多屏周期性阵列,然后由一个馈源天线照射这个阵列,通过调节反射面上每个单元对于入射波的散射相位,使得反射波在特定的方向上实现同相位,发射出方向性极强的笔形波束。微带反射阵列天线综合了传统的抛物面天线和微带阵列天线的双重优点。与抛物面反射器类似,由于微带反射阵列没有功分网络,因此不存在馈电网络阻抗插入损耗和寄生辐射,它有较高的辐射效率笥;另一方面,与阵列天线相似,它可以设计出很宽角度笥的边射方向的主波束。另外微带反射阵列天线也可阻引入低损耗的电子移相器来得到宽角度的电子波束扫描,这样就不再需要传统的相控阵所采用的复杂的高损耗的波束形成网络和高成本的发射/接收放大模块。另外由于反射阵的微带如图⒋瓷湔罅谢窘峁左为立体结构,右为平面结构图硕踚微带反射阵列正线的研究与设¨
发展历史与研究现状单元具备相位调整能力,可以通过相位合成技术得到精确的波束轮廓形状。微带反射阵还具有低剖面,体积小,重量轻,其平面结构可折叠,易于与其他物体共形,易于与微带电路集成等一些优点【。由于微带反射阵列因综合了抛物面反射器和微带阵列的诸多优点而被广泛地发展和应用于上世纪,并且将会在未来得到继续的研究和发展,所以针对微带反射阵列天线进行研究和设计有着极其重要的现实意义。反射阵列天线的概念是在年以波导单元的形式提出来的【浚侵钡甏后期随着低剖面的印刷天线的发展而得到真正的关注。蚄于上个世纪六十年代早期提出,用不同长度的短路波导管作为反射单元,由馈源喇叭发射出的电磁波照射并耦合到波导里然后像传输线里传播一样从开路端传输到短路端,短路端再将全部信号