球面共形阵的宽带宽角扫描技术研究

作     者：林杰 

作者单位：电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：肖绍球

授予年度：2019年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

主      题：球面共形 宽带宽角扫描 有源驻波系数 耦合 

摘      要：自上世纪30年代相控阵天线这一概念被提出以来,相控阵技术就得到了很多研究人员的重视,一直是研究的热点,相控阵天线被广泛应用于民用和军事领域。目前,人们对于相控阵扫描已经不满足于窄带扫描,逐渐将目光转向相控阵的宽带宽角扫描。但是,无论是线阵还是平面阵,在宽带情况下实现宽角扫描都是非常困难的,随着扫描角度的增加,阵列中各单元之间的耦合导致有源驻波快速恶化一直是宽带宽角扫描的难点。由于共形天线能够共形于载体表面,对于阵元间距的要求不如平面阵那样严格,阵元间距的扩大将极大地降低阵列中各单元之间的耦合,成为宽带宽角扫描的一个切入点。球面共形相控阵作为共形相控阵的一种,也具备着共形阵列的优点,相较于普通的共形阵,球面共形相控阵在宽带宽角扫描方面更具有优势,因此,研究球面共形相控阵具有极强的价值。本文针对球面共形相控阵的宽带宽角扫描,研究了适用于球面阵的宽带单元设计以及球面阵的扫描问题,主要研究内容和工作总结由以下三个部分组成:本文在第一章中,主要阐述了共形天线的发展状况以及专家学者对共形天线的研究现状和研究方法;在第二章中,主要讲述了天线的基本理论知识,并且在任意天线阵方向图综合的基础上,推导了球面阵方向图综合的理论公式。本文在第三章中,以微带天线为基础单元,,设计了一种宽带的微带缝隙耦合天线,该天线工作于7.11GHz2.89GHz之间,相对带宽57.8%,并且研究了各种参数变化对于天线的影响。在高频时,受到馈线辐射的影响,天线的背向辐射较大。为了改善由馈线辐射导致的方向图变化,在馈线背后添加了一块背向接地板,将馈线结构由微带传输线结构变成类似带状线结构,通过在上下两层接地板之间添加短路螺钉来抑制带状线结构中的TE模和TM模。结构改进之后,不仅天线的带宽增加了,而且馈线对于天线方向图的影响也被消除,最终天线的工作频率在5.72GHz2.52GHz之间,相对带宽74.5%。本文在第四章中,介绍了目前球面共形相控阵天线的几种常见布阵方式,同时分析了这些布阵方式在布阵时的缺点和劣势,提出等纬度分布的布阵方法对此进行改善,并设计了一种5层分布的等维度分布球面共形阵。在球面阵扫描过程中,针对0度扫描时,波束凹陷的问题提出了波束出现凹陷的原因以及解决办法。之后针对球面共形相控阵中各单元之间的耦合进行了分析,同时也对扫描过程中,球面阵的有源驻波系数进行了讨论,最后针对球面阵扫描时,扫描增益逐渐增加的原因做出了分析解释。球面阵在0度到90度之间扫描时,增益变化在4.56dB以内,扫描性能良好。