宽角覆盖宽带端射天线研究

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近年来,电磁技术在通信、探测、导航等各大领域得到了广泛应用,天线作为无线通信系统中能量转化的桥梁,它的性能对整个系统的运行起到了决定性的作用。随着在军用民用领域应用的不断扩展,对天线设计的要求也提出了更高的指标要求,如更宽的带宽、更高的增益、更小的尺寸、更适合要求的3dB波束宽度等。在雷达探测系统中,尤其是在高速运动载体的雷达系统中,对天线与载体共形提出了一定要求,端射结构可以很好地满足这一要求。在宽角扫描端射阵列中,单元的3dB波束宽度得到展宽是展宽阵列扫描角度的必要条件。随着系统的不断扩充,常常需要在多个频段保持工作。宽带天线的使用大大地降低了系统的复杂度,满足宽带化雷达及软件无线电需求。因此,从空间覆盖及频率覆盖的角度来说,设计宽角覆盖宽带端射天线具有重要意义。本文在渐变槽天线和八木天线的基础上,深入研究探索,将宽角、宽带技术结合到端射天线上,设计了几种具有宽角覆盖宽带端射性能的端射天线。本文首先介绍了端射基本概念,总结了通常设计中展宽带宽及波束宽度的几种方法,选择渐变槽天线与八木天线作为研究对象。对于渐变槽天线,由其基本原理入手,详细探讨直线型渐变槽天线各设计参数对宽角宽带性能影响。之后,对带有特定阻带的渐变槽天线进行了重点分析研究。给出了设计带有特定阻带的直线型渐变槽天线的一般方法。最后,设计出一款带宽覆盖3-10GHz,H面波瓣宽的覆盖107°的端射式直线型渐变槽天线,并且设计出三款带有特定阻带的宽带宽角端射天线。对所设计天线给出了实际测量结果及数据分析。对于八木天线,由传统金属柱型八木天线设计原理入手,详细探讨了其平面化的方法,针对两种不同馈电方式的平面八木结构分别进行了设计。对设计结构的宽带宽角性能进行了讨论分析。设计出一款中心频率为8.5GHz,增益大于7dB,阻抗带宽近50%,E面3dB波瓣宽度84°,H面3dB波瓣宽度近100°的宽角覆盖宽带端射天线。在要求一定小型化及高增益的条件下,设计出两款带有反射板的平面八木天线,并对所设计天线给出了实际测量结果及数据分析。
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