寬頻帶定向天線及強(qiáng)耦合陣列天線研究.pdf

1、現(xiàn)代移動通信、雷達(dá)以及電子對抗系統(tǒng)的不斷發(fā)展，促使著通信設(shè)備朝著集成化、小型化、多功能化方向前進(jìn)，因此通信系統(tǒng)對天線及陣列天線的工作帶寬特性、輻射特性和體積尺寸等都有了更高的要求。本文結(jié)合科研項目和天線技術(shù)研究熱點(diǎn)，對基于改進(jìn)型振子的寬帶定向天線、寬帶高增益天線和強(qiáng)耦合陣列天線進(jìn)行了研究，所取得的研究成果可以分為以下四個方面:
　　1.基于改進(jìn)型振子的寬帶定向天線研究。針對新一代寬帶移動通信系統(tǒng)，我們主要設(shè)計了兩款基于改進(jìn)型振子的

2、寬帶定向天線:寬帶四葉型定向天線和寬帶雙元折合振子定向天線。a）寬帶四葉型振子定向天線:通過合理設(shè)計輻射單元與寄生單元的間隙和饋電巴倫，從而獲得寬帶的工作特性，并將輻射圓環(huán)替代輻射貼片以減少與地板之間耦合，利用方形金屬反射腔確保寬頻帶內(nèi)良好方向圖特性，而獲得了尺寸較小的寬帶四葉型振子定向天線。b）寬帶雙元折合振子定向天線設(shè)計:從內(nèi)置巴倫的寬帶折合振子天線出發(fā)，利用多節(jié)微帶饋線，優(yōu)化了折合振子中兩個振子的寬度和間距，設(shè)計了寬帶雙元折合振子

3、。通過邊緣彎折金屬板的反射，則得到在工作頻帶內(nèi)方向圖特性良好的寬帶雙元折合振子定向天線。隨后利用同軸線改進(jìn)了寬帶折合振子饋電結(jié)構(gòu)，以此為陣元設(shè)計出低剖面雙頻高增益基站陣列天線。
　　2.基于方向性增強(qiáng)技術(shù)的寬帶高增益天線研究。為了在不增加天線單元數(shù)目情況下提升天線的增益，本文采用了三種不同的方向性增強(qiáng)技術(shù)而設(shè)計出三類寬帶高增益天線:八木天線、人工電磁材料加載的Vivaldi天線和Fabry-perot諧振腔天線。a）寬帶高增益八木

4、天線設(shè)計:從一維寬帶八木天線出發(fā)，將八木天線的引向單元陣列從一維陣列變?yōu)槎S引向單元陣列和三維引向單元陣列。引向單元陣列維數(shù)的增加提高了引向陣列的方向性增強(qiáng)能力和穩(wěn)定性，并分別以寬帶雙元折合振子和金屬地板為激勵單元和反射單元，設(shè)計出寬帶高增益八木天線。b）人工電磁材料加載的Vivialdi天線:提出了E型周期性金屬結(jié)構(gòu)，對其進(jìn)行電磁仿真并提取其等效折射率，可以得到該E型周期結(jié)構(gòu)可以在很寬的頻帶等效為折射率實(shí)部大于1的均勻介質(zhì)。通過該E型

5、結(jié)構(gòu)的人工電磁材料加載，Vivaldi天線的增益在很寬頻帶內(nèi)都有了較大的提高。c)Fabry-perot諧振腔天線:設(shè)計了具有正斜率反射相位的部分反射頻率選擇表面，在較寬頻帶內(nèi)滿足了Fabry-perot腔諧振條件，并利用金屬方環(huán)改善天線高頻處的方向圖特性，設(shè)計了阻抗匹配和3dB增益帶寬特性良好的Fabry-perot諧振腔天線。
　　3.超寬帶強(qiáng)耦合對稱振子陣列天線研究。基于強(qiáng)耦合技術(shù)的工作機(jī)理，本文設(shè)計了超寬帶強(qiáng)耦合對稱振子陣

6、列天線。首先選用領(lǐng)結(jié)型對稱振子作為陣列單元，利用金屬貼片覆層代替介質(zhì)覆層，減少了加工難度與費(fèi)用。利用微帶轉(zhuǎn)平行雙線的饋電巴倫為陣列單元饋電，并利用金屬短路柱改善一維無限周期陣列單元的H面方向圖。將該陣列單元排布成2×8強(qiáng)耦合對稱振子陣列天線，并對邊緣單元和中心單元進(jìn)行互耦系數(shù)分析。針對2×8強(qiáng)耦合對稱振子陣列天線的截斷效應(yīng)，分別采用在邊緣單元處放置垂直短路金屬平板和延伸邊緣單元輻射臂的方法對陣列進(jìn)行截斷處理。最后設(shè)計了超寬帶微帶饋電網(wǎng)絡(luò)

7、對該陣列進(jìn)行饋電，并對兩種陣列天線進(jìn)行了加工和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　4.基于強(qiáng)耦合技術(shù)的寬帶水平極化全向天線設(shè)計。為了解決強(qiáng)耦合陣列的截斷效應(yīng)，將多個陣列單元沿圓形排布而組成環(huán)形強(qiáng)耦合陣列天線，則該環(huán)形強(qiáng)耦合陣列天線具有良好的阻抗匹配和水平面方向圖不圓度特性。在此方法的基礎(chǔ)上設(shè)計了兩款寬帶水平極化全向天線。a)寬帶水平極化12元型全向天線:選用對稱振子作為陣列單元，陣元間電容耦合可以通過對稱振子相鄰的兩臂上下交疊而得。分析了陣元數(shù)目對陣