寬帶定向天線及陣列研究.pdf

1、隨著無線通信系統(tǒng)的飛速發(fā)展，對系統(tǒng)中天線的結(jié)構(gòu)和性能提出了越來越高的要求。一方面，由于定向性天線具有良好的方向性，在通信、雷達(dá)、廣播、導(dǎo)航、探測等電子設(shè)備中有著廣泛的需求和應(yīng)用。另一方面，為了實(shí)現(xiàn)某些特定的需求，要求天線具有較高的增益和波束掃描特性，而傳統(tǒng)的高增益波束可控陣列，譬如拋物面天線和相控陣，往往存在低性能或高成本的缺點(diǎn)，因此迫切需要基于新波束控制形式的高增益天線陣列。本文以寬帶定向天線為主線，分別對微帶天線、電磁偶極子天線和準(zhǔn)

2、八木印刷端射天線在內(nèi)的三類天線做了研究，同時(shí)提出了一種具有廣闊應(yīng)用前景的新型波束可控陣列。本文的主要研究內(nèi)容和貢獻(xiàn)概括如下:
　　1.對微帶天線的寬頻帶和多頻帶技術(shù)研究。首先，通過將半橢圓寄生貼片和空氣介質(zhì)結(jié)合，設(shè)計(jì)了一款相對阻抗帶寬達(dá)到28.1％的寬頻帶微帶天線，天線在帶內(nèi)增益穩(wěn)定在8.0±1.0 dBi之間;其次，通過巧妙的激勵(lì)方式，設(shè)計(jì)了雙頻微帶天線，天線能工作在13.0 GHz和18.0 GHz附近，相對帶寬分別達(dá)到10.

3、0％和22.3％;最后，在雙頻帶天線的基礎(chǔ)上，通過增加F-形枝節(jié)設(shè)計(jì)了四頻帶微帶天線，分別為6.9-7.3GHz、12.4-13.2 GHz、14.3-14.8 GHz和17.7-21.0 GHz，天線在各頻帶內(nèi)增益不低于6.0 dBi，顯示了良好的定向輻射特性，測試結(jié)果驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的正確性。
　　2.提出了基于垂直結(jié)構(gòu)的電磁偶極子天線。天線采用印刷結(jié)構(gòu)的扇形偶極子和半圓環(huán)金屬覆層分別作為電偶極子和磁偶極子，為了實(shí)現(xiàn)天線的寬帶阻抗匹

4、配特性，利用由微帶線到共面帶線巴倫同時(shí)激勵(lì)電偶極子和磁偶極子，測試結(jié)果顯示天線駐波比小于2的工作帶寬為2.45-4.90 GHz，但是仿真及測試顯示天線工作在高頻時(shí)，輻射方向圖會(huì)出現(xiàn)裂瓣，為了改善這一現(xiàn)象，設(shè)計(jì)了高折射率人工電磁材料，該材料由普通的介質(zhì)材料加載H-形諧振器構(gòu)成，通過將該材料加載于垂直結(jié)構(gòu)的電磁偶極子前端，顯著的改善了天線在高頻的輻射方向圖特性和增益，實(shí)測結(jié)果顯示改進(jìn)后天線的工作頻帶為2.31-3.93 GHz，且增益穩(wěn)定

5、在7.4-9.7 dBi之間。最后，以該單元為基礎(chǔ)，做不同規(guī)模和形式的組陣仿真設(shè)計(jì)，仿真結(jié)果顯示該單元具有良好的電磁特性和結(jié)構(gòu)特性，具有一定的實(shí)用價(jià)值。
　　3.對準(zhǔn)八木印刷端射天線進(jìn)行了研究。提出了三種寬頻帶印刷端射天線。首先，利用微帶線到共面帶線巴倫的寬頻帶工作特性，設(shè)計(jì)了尺寸僅為24.24 mm×30 mm的印刷端射天線，該天線在S波段駐波比小于1.5的相對阻抗帶寬達(dá)到75％，且在帶內(nèi)具有良好的端射輻射特性;其次，以印刷單極

6、子天線為基礎(chǔ)，通過增加引向器和反射器設(shè)計(jì)了具有端射輻射特性的寬帶端射天線;最后，通過改進(jìn)引向器的結(jié)構(gòu)，在不增加天線尺寸的前提下，進(jìn)一步增加了天線的工作帶寬和輻射特性。
　　4.提出了一種新的波束可控陣列。該陣列以圓極化螺旋天線為基礎(chǔ)，通過控制陣列中螺旋天線單元的不同旋轉(zhuǎn)角度，能實(shí)現(xiàn)陣列中單元之間的相位差，從而實(shí)現(xiàn)陣列不同波束的切換。為了驗(yàn)證該理論，設(shè)計(jì)并加工了一個(gè)由128個(gè)圓極化螺旋天線單元構(gòu)成的陣列，該陣列由1分128的等幅同相