宽带天线及新型阵列天线研究

作     者：罗凯 

作者单位：西安电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张志亚;万涛

授予年度：2022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：宽带 测向 新型阵列 波导缝隙天线 波束赋形 

摘      要：随着无线电通信技术愈来愈成熟,宽带天线技术与阵列天线技术一直是国内外学者的重点研究方向。宽带天线技术因其大系统容量、高传输速率以及强穿透能力等优势,在无人机探测、目标识别、雷达测向等领域备受青睐。另一方面,阵列天线技术的发展也取得了较大进步,不再拘泥于传统的阵列形式,在一些特殊的使用需求中,对阵列天线的性能及结构都提出了新的要求。首先,本文针对无人机测向系统,设计了一款应用于无人机测向的宽带阵列天线。首先采用在天线单元内部加脊的形式,实现了超宽频带工作特性。其次,采用45度极化的馈电和9元圆环布阵的形式,实现在工作频段2～18GHz范围内水平面斜极化波束全方位覆盖。最终实验结果表明,单元带内驻波比满足VSWR3,并具有良好的全频段波束交叠性能。除此之外,本文还针对比幅测向算法开展研究,阐明了该算法的工作原理,介绍了系统中关于比幅测向算法的测向精度分析,通过对所设计的应用于无人机测向的宽带天线阵列进行了仿真分析和测向精度仿真。然后,本文针对波束赋形天线展开研究,设计了一款工作在C波段的新型波导缝隙行波阵列天线。首先采用非标准矩形波导窄边开斜缝的辐射形式,既保证了电性能的同时又在工程上大大减小了单元尺寸和重量。其次,为了满足赋形需求,采用GA和PSO混合算法对俯仰面进行余割平方辐射方向图波束赋形,得到对应缝隙的幅度和相位分布特性。通过建立波导缝隙子阵模型,对缝隙的归一化电导值进行提取,并在保证谐振的前提下,通过调节缝隙的倾角和切角深度拟合出电导随倾斜角度曲线和谐振关系曲线,设计出用于行波波导缝隙阵列的波导-同轴转换器与吸收负载,最终实验结果表明,所设计的新型波导缝隙阵列天线满足VSWR1.2,俯仰面方向图满足余割平方赋形的要求,平坦段增益波动小于3d B,副瓣电平值小于-14d B,且余割段增益下降曲线符合要求。为实现方位面窄波束低副瓣辐射特性,对新型波导缝隙天线组成8元直线阵,结合一分八低副瓣泰勒功分网络。最终结果表明天线阵列在方位面实现了低副瓣窄波束的辐射特性,增益大于21d Bi,方位面副辨电平达到-20d B,3d B波束宽度小于14°。