宽带宽角双圆极化相控阵天线研究

作     者：谢盛旭 

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：2020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：相控阵天线 宽带宽角扫描 双圆极化 

摘      要：相控阵天线广泛应用于军事雷达、电子信息对抗和卫星通信等领域,宽带宽角扫描相控阵天线能够实现高速率信息传输和大范围波束覆盖,能有效提高系统容量、减少系统体积、降低系统成本,因而成为了近些年来研究的热点。本文从这一大背景出发,对二维双圆极化相控阵天线的带宽展宽以及扫描角度范围提升进行了一系列探索,从微带天线阵列与紧耦合阵列两个方向进行了相关设计。论文主要工作如下:第一章介绍了相关领域的研究现状。从一维阵与二维阵两个角度对宽带宽角扫描相控阵的研究现状进行了调研,同时对双圆极化天线设计思路作了补充介绍。第二章简要地介绍了相控阵天线设计过程中需要使用的基本理论,其中包括阵列扫描波束的分析方法以及有源驻波与有源单元方向图的概念。第三章根据传统阵列天线的设计思路完成了基于微带天线的宽带宽角双圆极化阵列设计。本章研究内容可分为三部分:第一部分通过四端口L型探针拓宽了微带天线的带宽;第二部分利用并联开路支节设计了宽带小型化馈电网络;第三部分对单元进行矩形栅格布阵并分析阵列性能。最终阵列实现了在40%相对带宽下的双圆极化宽角度扫描。第四章基于紧耦合偶极子完成了宽带宽角双圆极化阵列天线设计。本章研究内容同样可分为三部分:第一部分分析了大角度扫描下轴比恶化原因并设计了相位中心一致的紧耦合阵列单元以及在此结构下满足隔离度要求的馈电巴伦;第二部分根据单元需求利用不平衡带状线设计了易于加工的馈电网络;第三部分通过使用带毛纽扣同轴连接器以及多层PCB技术解决了加工中相关问题。最终利用64端口的波束控制网络对阵列进行了整体测试,测试结果显示阵列在40%相对带宽下实现了双圆极化宽角度扫描,测试结果与仿真结果吻合良好。第五章对全文进行总结与展望。本文的亮点在分析并解决了圆极化在大角度扫描情况下轴比恶化的问题,后续研究还可利用宽角匹配层与更加合理的结构进一步展宽双圆极化阵列的带宽与扫描角度。