机载宽带vivaldi天线及组阵技术的研究

作     者：叶国华 

作者单位：电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王玉文

授予年度：2014年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 081105[工学-导航、制导与控制] 081001[工学-通信与信息系统] 081002[工学-信号与信息处理] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：Vivaldi天线 泰勒综合 相控阵 机载布阵 

摘      要：宽带相控阵雷达是一种在目标成像、多目标跟踪、测向定位、反导弹等方面有重要用途的新型雷达,将在未来军用与民用领域中扮演重要的作用。而宽带相控阵在无人机上的应用更是各国研究的热点。本文主要针对X波段宽带相控阵天线的需求设计了一种宽带Vivaldi天线单元,分析了天线单元的各结构特性,并根据所设计的天线单元研究了其机载的组阵形式。本文主要做了以下工作内容。对Vivaldi天线的相关理论进行了研究,证明了Vivaldi天线满足比例变换原理,对其槽线上的电流分布特性做了研究。对Vivaldi天线各个结构的特性与设计方法进行了研究,归纳整理了Vivaldi天线的设计方法,并应用切比雪夫多节阻抗变换器设计Vivaldi天线的阻抗匹配。之后根据指定的设计范围,对Vivaldi天线的各天线参数进行了初步设计,得到天线的模型,之后对各个天线参数对天线的性能影响做出了分析与优化,并将褶皱结构运用到天线中,从而得到最终的天线模型并给出了其物理尺寸。根据仿真结果,优化后的Vivaldi天线其带宽很好的覆盖了X波段,在X波段的回波损耗小于-12dB,驻波比小于1.8,天线增益大于7.5dB,波束宽度大于50°。最后通过比较相关成果验证了天线的可行性。在研究设计了X波段Vivaldi天线单元后,对阵列天线的综合方法进行了研究。通过对比道尔夫-切比雪夫综合法、泰勒综合法的方向图特性,选择泰勒综合法对机载相控阵进行设计。然后应用之前设计的Vivaldi天线来进行机载布阵。用16个天线单元进行泰勒综合,布置泰勒阵列,接着采用5个泰勒线阵布成面阵的方法将天线布置在飞行器机腹上。根据仿真结果得出,该种布阵方法展现了良好的性能,在X波段以内,其副瓣电平SLL在-30dB左右,天线增益大于18dB,扫描宽度为±30°,完全能满足相控阵的特性需求。