雙頻Wilkinson功分器及介質(zhì)頂相控陣天線研究.pdf

1、射頻識別技術(shù)(Radio Frequency Identification)是現(xiàn)代信息技術(shù)高速發(fā)展的產(chǎn)物,是全球移動通信系統(tǒng)(GSM)、全球定位系統(tǒng)(GPS)等現(xiàn)代通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。隨著科技的不斷進(jìn)步,無線射頻識別技術(shù)得到了極快的發(fā)展,產(chǎn)品種類日益豐富,應(yīng)用越來越廣泛,而功率分配器則是射頻前端的重要部件之一。
　　 功率分配器(簡稱功分器)是一種非常重要的微波無源器件,具有功率分配或者功率合成的功能。傳統(tǒng)的威爾金森(Wilki

2、nson)功分器只能工作在單一頻率和其奇次諧波處。隨著現(xiàn)代無線通信雙頻段、多頻段和寬帶化的發(fā)展,傳統(tǒng)的威爾金森功分器已經(jīng)滿足不了要求,迫切需要功分器具有雙頻、多頻和寬帶化的特性。
　　 隨著空間技術(shù)的發(fā)展,特別是導(dǎo)彈等高速進(jìn)攻性武器的出現(xiàn),要求雷達(dá)能在更遠(yuǎn)的距離和更廣的視角上發(fā)現(xiàn)和跟蹤目標(biāo)。相控陣天線正是適應(yīng)這種要求,在陣列天線基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新的天線體制和技術(shù)。而在實(shí)際中,隨著相控陣掃描角的增加,相控陣的性能會惡化。例如掃

3、描角要滿足θ≤arcsin(λ/d-1),否則就會出現(xiàn)柵瓣。而介質(zhì)頂相控陣的目的就是為了擴(kuò)大相控陣的掃描角度,同時還具有天線罩保護(hù)的作用。
　　 在上述背景下,本文緊密結(jié)合課題需求,對雙頻威爾金森功分器以及介質(zhì)頂相控陣天線進(jìn)行了深入研究,主要研究內(nèi)容包括以下幾個方面:
　　 1.介紹了傳統(tǒng)的威爾金森功分器的基本特性和工作原理,由匹配條件和無耗條件推導(dǎo)出了功分器各節(jié)傳輸線的阻抗,由功分器等效電路的A矩陣和Y矩陣求出了隔離電

4、阻的值。
　　 2.研究了雙頻傳輸線的理論,分別推導(dǎo)出了使其在工作在奇次諧波和偶次諧波(f0和2f0)的傳輸線阻抗與電長度的計算公式和工作在任意頻率的公式。結(jié)果表明雙頻傳輸線在設(shè)計的頻率上具有阻抗變換的作用。
　　 3.基于雙頻傳輸線理論設(shè)計了一個簡單的等功分雙頻功分器,結(jié)果表明具有雙頻特性,但是由于沒有分析隔離電阻阻值的原因,輸出端口的反射系數(shù)和隔離度都不好。
　　 4.介紹了奇偶模法的基本原理,用奇偶模法分析

5、了等功分雙頻功分器的隔離電阻,從而有效的改善了功分器輸出端口的反射系數(shù)和隔離度。并由傳輸線理論和網(wǎng)絡(luò)思想分別設(shè)計了等分和不等分的雙頻威爾金森功分器,其結(jié)果證明了設(shè)計公式的正確性。
　　 5.介紹了耦合線理論,將耦合線引入了雙頻威爾金森功分器的設(shè)計中。耦合線的引入可以使功分器的結(jié)構(gòu)簡化,并且可以使功分器輸入端反射系數(shù),輸出端反射系數(shù)和隔離度的帶寬都有明顯的提高。
　　 6.根據(jù)介質(zhì)頂相控陣天線要求的角度放大系數(shù),在外表面是

6、半球面的情況下,推導(dǎo)出了賦形面,即內(nèi)表面的設(shè)計公式,并給出了不同介電常數(shù)和不同角度放大系數(shù)情況下的賦形面的形狀。
　　 7.推導(dǎo)出了介質(zhì)項相控陣天線的配相公式,給出了不同掃描角相控陣天線的配相示意圖。
　　 8.介紹了幾種常用的天線罩分析方法,運(yùn)用四端網(wǎng)絡(luò)理論推導(dǎo)出了計算平行極化波和垂直極化波反射系數(shù)和透射系數(shù)的計算公式,給出了這兩種極化波的反射系數(shù)和透射系數(shù)隨入射角,介質(zhì)厚度等參數(shù)的變化曲線。
　　 9.本文對