宽带多频共口径天线技术研究

作     者：杨鑫 

作者单位：电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：林先其

授予年度：2021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：超宽带天线 共口径技术 多频段 宽带功分器 

摘      要：现代通信系统朝着小型化、集成化和多功能化发展,天线作为通信系统中的重要组成部分,有着同样的需求。而共口径天线的出现,致力于解决天线小型化和多功能化的问题。本文基于宽带天线和宽带天线技术,针对共口径天线的宽带化展开研究,主要研究内容如下:首先,提出了宽带贴片天线设计方法,提高双极化天线的极化纯度,解决了常规贴片天线方向图不对称的问题。宽带贴片天线采用四个L形探针耦合馈电,并用180°移相线将同一极化方向上端口互连,减少端口数量,最终实现了20%的带宽覆盖,且两端口隔离度大于25dB。虽然这款天线相较于传统窄带贴片天线带宽大大提高,但对于一些宽带或者超宽带的应用系统,仍具有较大的局限性。因而又提出了一款超宽带对跖Vivaldi天线,这款天线能够覆盖2.3-40GHz的频带范围,且在宽带范围内在均具有较好的方向性和高增益特性。其次,针对高功率微波系统的应用需求,对超宽带天线的共口径技术展开研究,提出了一款宽带双频高功率共口径天线。该天线由覆盖S-X频段的锥形槽天线和工作在Ka波段的喇叭天线共用同一结构设计而成,相比于其它双频天线,该天线具有较高的设计自由度,在两个频带均实现了超宽带覆盖,且具有较高的通道隔离度,在高功率微波领域具有潜在的应用价值。实测结果表明,共口径天线高低两个频段的相对带宽分别为33.3%和125%,高低频端口间通道隔离度分别在55 dB和130 dB以上。最后,提出了一款多频多功能共口径天线阵,提高了天线的结构复用率。低频天线阵为二元Vivaldi天线阵,采用对称梳状结构设计,实现低频带宽拓展;高频天线阵分别为1×8的偶极子天线阵和1×8的缝隙天线阵,通过带通滤波器的引入,实现两个频率的高选择特性,且两天线阵可满足不同方向上的覆盖需求。基于上述设计,按照高低频天线单元1:1布阵拓展阵列,设计了一款具有一定扫描特性的宽带双频共口径天线阵。其中,高频阵元为四个天线单元组成的子阵,子阵单元方向图和高频阵列方向图综合,对抑制高频天线阵列栅瓣起了一定的作用。