超寬帶端射天線關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用研究.pdf

1、天線作為無線通信系統(tǒng)中不可缺少的關(guān)鍵部分，它的性能對整個系統(tǒng)的工作能力起著決定性的作用。同樣地，實現(xiàn)電磁信號發(fā)射和接收的端射天線或陣列的性能決定了反輻射導(dǎo)彈捕獲、跟蹤目標，并定向攻擊輻射源目標的戰(zhàn)場效能。隨著現(xiàn)代反輻射導(dǎo)彈技術(shù)的發(fā)展和飛躍，對天線的技術(shù)要求也提出了更高的指標，如高增益、寬的3dB束寬、低的旁瓣電平、極寬頻率帶寬、小的尺寸、簡單的安裝結(jié)構(gòu)，等等。另一方面，在設(shè)計反輻射導(dǎo)彈表面的端射天線時，還受到金屬表面、介質(zhì)天線罩的影響，

2、也給天線設(shè)計帶來了極大的困難。然而，采用傳統(tǒng)的天線設(shè)計技術(shù)來應(yīng)對這些要求和困難是極具挑戰(zhàn)性的。為突破相關(guān)技術(shù)難題，需結(jié)合電磁研究領(lǐng)域其它分支學(xué)科，繼續(xù)深入開發(fā)端射天線的若干關(guān)鍵技術(shù)。本論文在國家重點實驗室基金項目“端射共形測向天線陣研究”的資助下，以傳統(tǒng)Vivaldi天線和經(jīng)典對數(shù)周期天線陣為研究基礎(chǔ)，探索和發(fā)展小型化超寬帶端射天線的結(jié)構(gòu)和機制，研究和解決適合彈載的超寬帶端射天線的理論、設(shè)計、測試等關(guān)鍵技術(shù)。主要研究工作如下：
　

3、　1.提出一款高增益的平衡Vivaldi天線：針對傳統(tǒng)平衡Vivaldi天線在高頻范圍內(nèi)(>11GHz)端射方向的增益值急劇下降，主波束嚴重偏離端射方向等技術(shù)問題，采用延長介質(zhì)基板前端的方法，形成一個三角形介質(zhì)棱鏡，使主波束方向更接近端射方向。然后，沿著每塊金屬貼片的外邊緣切除一個三角形金屬片，并在其外邊緣加載開口槽線，進一步增加天線輻射方向圖的前后比，提高天線的端射性能。最后，研究了高增益天線放置于金屬表面時天線輻射場的變化規(guī)律。

4、r>　　2.首次分析了金屬圓柱體表面的端射天線輻射特征：以平衡Vivaldi天線作為測向天線單元，通過分析金屬圓柱體表面的水平極化天線輻射場，掌握水平極化天線輻射場的變化規(guī)律。
　　3.提出一款垂直極化的小尺寸、超寬帶單極Vivaldi天線結(jié)構(gòu)：根據(jù)傳統(tǒng)共平面Vivaldi天線設(shè)計原理，設(shè)計單極Vivaldi天線結(jié)構(gòu)，然后選擇指數(shù)曲線外邊緣結(jié)構(gòu)，以及在天線末端集成一個100歐姆的電阻，增加更低的諧振頻率，擴展了帶寬。在此基礎(chǔ)上，運

5、用參數(shù)分析，掌握天線參數(shù)變化對天線輻射場的影響機制，獲得最佳的天線尺寸。
　　4.研究介質(zhì)天線罩對端射天線輻射場的影響機制：目前所出版的論文和書籍都集中研究天線放置于天線罩內(nèi)部區(qū)域時的工作性能，而天線分布在天線罩外部區(qū)域的研究則很少報道。因此，有必要深入研究介質(zhì)天線罩對天線輻射場的影響機制。文中先給出TE波和TM波入射到介質(zhì)層表面時所發(fā)生的一些物理效應(yīng)，推導(dǎo)出功率傳輸系數(shù)的表達式，并運用圖形直觀地表示介質(zhì)層對不同極化電磁波的影響規(guī)

6、律。結(jié)合理論分析，解釋介質(zhì)天線罩對水平極化和垂直極化天線的不同工作機制，總結(jié)出介質(zhì)天線罩對不同極化天線輻射場的影響規(guī)律。最后，運用參數(shù)分析，研究介質(zhì)天線罩的參數(shù)變化對垂直極化天線輻射場的影響機制。
　　5.提出單極對數(shù)周期天線陣輻射方向圖的穩(wěn)定性條件，并設(shè)計了一款應(yīng)用在金屬圓柱體表面的單極對數(shù)周期天線陣：基于經(jīng)典對數(shù)周期天線陣的設(shè)計和工作原理，分析和研究單極對數(shù)周期天線陣的穩(wěn)定性輻射條件。結(jié)合相關(guān)理論分析，設(shè)計一款運用在金屬圓柱體