超宽带缝隙耦合天线及宽频带平面微带反射阵设计

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作为工作频带很宽的一类天线,缝隙耦合天线近年来受到了国内外学者的广泛关注。作为反射面天线与阵列天线相结合的一类新型天线,平面微带反射阵天线采用平面微带阵列来代替反射面天线中的抛物面。这种新型阵列天线通过设计微带反射阵单元的反射相位,使反射波的能量在给定方向上形成一个主波束。与传统的抛物面天线相比,平面微带反射阵天线具有结构简单、易于制作和生产、成本低、易于实现双频双极化等优越性,因此近些年来该天线已成为天线领域的一个研究热点。   本文主要研究超宽带缝隙耦合天线和宽频带小型平面微带反射阵天线的设计问题。首先设计、制作了一个超宽带共面波导馈电缝隙耦合天线,通过扇形单极子与接地板之间的电磁耦合,极大地展宽了天线的工作带宽。测试结果表明,该缝隙耦合天线的阻抗带宽可以达到23.36GHz(1.64GHz-25GHz),即可以实现中心频率为13GHz的175[%]的相对阻抗带宽,天线的辐射方向图也较好。该缝隙耦合天线为宽频带平面微带反射阵单元的设计奠定了基础。接着设计了一种新型单层平面微带反射阵单元,其结构为矩形环和矩形贴片的组合形式。利用Ansoft HFSS和CST Microwave Studio两种不同的高频电磁仿真软件分析了该单元的反射相位特性,仿真结果显示该单元的反射相位对单元尺寸的变化率为40deg/mm,反射相位动态范围达到450度。并据此新型单元设计了一个45单元的正馈小型微带反射阵,测试结果表明,在中心频率10GHz处可以实现约20dBi的增益,且在30%的频带内增益跌落在1dBi内。由这种新型反射阵单元构成的平面微带反射阵具有宽频带、高增益的特点,其结构简单易于实现,具有较高的工程应用价值。最后介绍了平面微带反射阵天线中的关键技术及最新的研究方向,并对全文的工作加以总结,提出了文中尚未解决、需要改进和进一步研究的问题。
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