基于喇叭单元的平面阵列天线研究-论文（高清书签）

近些年，无线电技术发展迅速，近而要求天线电气性能也不断提高。现阶 段高容量移动通信系统要求天线具有可便携、低轮廓、重量轻等特性，传统反 射面天线形式已经不能满足要求，而平面阵列天线是具有上述特点的天线。 本文以当前卫星通信天线、雷达天线工程应用实践为背景，针对天线组阵中 的双极化及圆极化特殊实现方法以及低副瓣要求展开研究，结合电磁仿真和试 验验证的研究方法，采用喇叭作为基本天线单元优化设计出几种典型的平面阵 列天线。 (1)为实现双极化、低副瓣平面阵列天线， 本文采用探针馈电角锥喇叭作为 基本辐射单元，采用低损耗准空气同轴线构建阵列馈电网络，通过无源加权网 络实现阵列俯仰面方向图低旁瓣设计，同时结合反相馈电方法提高了天线极化 端口隔离度、降低了交叉极化电平。采用阵列周围加载扼流槽的方法实现天线 方位面方向图（两单元）低旁瓣、宽波束覆盖设计。实测结果表明：天线交叉 极化抑制度大于 35dB，两极化端口隔离小于-35dB。该天线的特点：双线极化 共口径辐射、极化鉴别度高、结构紧凑。 (2)为实现圆极化辐射阵列天线，采用单馈电实现圆极化的方法，优化设计 出单臂平面螺旋馈电阶梯喇叭的圆极化辐射单元，分析了辐射单元主要电气参 数（辐射方向图、轴比、驻波）的宽频带电磁特性。以单元设计为基础，设计 加工了 8×8 阵列天线。实验结果表明：工作频带内驻波小于 1.5，小于 3 dB 轴 比带宽超过 23%，交叉极化电平小于-15dB。提出旋转反相馈电方法降低子阵 交叉极化电平，样件测试结果与仿真结果吻合，验证了组阵天线设计的正确性。 (3)为了突破 K 波段双圆极化阵列天线技术，本文提出了一种双圆极化波导 阵列天线结构,分析设计了高效率共口径双极化辐射单元、宽带圆极化器、低损 耗波导馈电网络。测试结果表明:此双圆极化波导阵列天线具有效率高、轴比带 宽宽，高隔离度等特点，口面效率大于 76%，轴比小于 3dB 带宽为 16.5%，带 宽内端口隔离大于 25dB， 该天线在要求小孔径天线的卫星通信系统中具有很好 的工程应用前景。 (4)在雷达低副瓣天线技术要求下，提出了一种终端短路馈电形式的角锥喇 叭单元形式，以此构建出空气介质填充方形同轴传输线馈电网络自支撑结构的 低副瓣阵列天线(16×16)。空气介质填充的同轴线具有损耗低、易加工的特点。 利用不等功分网络实现了天线口径的幅度加权，提出加载调谐钉的方法解决了 大功分比功分器端口失配的难题。天线样件测试结果表明：驻波小于 2 的相对 带宽为 7.5%，中心频点增益为 31.8dB，频带内增益大于 31.5dB， E 面方向图 副瓣电平低于-28dB, H 面方向图副瓣电平低于-29.5dB。该天线结构紧凑、成本 低，具有很高的实用价值。 本论文主要工作是针对阵列天线的应用为背景所提出的研究内容，这些研 究成果在卫星通信、雷达探测天线系统中具有应用价值。 关键词：阵列天线；喇叭单元；双极化；双圆极化 ；低副瓣