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微带天线以其重量轻、剖面小、设计灵活、成本低廉等诸多优点得到了越来越广泛的应用。随着微带天线应用的不断深入,人们对微带天线的要求也不断提高,除了传统的应用外,人们还提出新的要求和设想,例如单脉冲天线、低副瓣天线、有源集成天线等等。
本文主要对双极化微带天线进行研究,重点研制了高隔离度双极化微带天线单元,并设计出Ku波段的圆口径双极化单脉冲微带天线阵列。本文的主要工作有:
根据微带天线不同的馈电方式,包括边沿馈电、探针馈电、口径耦合馈电和近似耦合馈电,分析设计了一种高隔离度双极化微带天线单元。该天线单元一种极化采用近似耦合的馈电方式,一种极化采用口径耦合的馈电方式,两种极化的馈线分别放在不同的介质层上。仿真以及实测结果表明,在3[%]的相对带宽范围内端口隔离度在-31dB以下,两个端口的驻波比都在1.5以下。
介绍了单脉冲技术,并分析了和差网络的原理,选用三分支电桥的“十”字型和差器作为和差网络,并作了仿真设计和分析。
基于综合的理论,研究了天线阵综合的方法。首先对线阵的Dolph-Chebyshev综合以及Taylor综合作了介绍。结合实际要求,编制Matlab程序,给出了9元线阵的Dolph-Chebyshev综合的阵因子方向图和20元的Taylor综合的阵因子方向图,并对20*20的矩形栅格阵作了泰勒面阵的综合,得出低副瓣的阵因子方向图。然后对共有328个单元的圆口径栅格阵作了泰勒面阵综合,得到副瓣电平为-28dB对应的阵面电流分布。基于泰勒面阵综合的电流分布,阵列馈电网络采用串馈与并馈相结合的方式,并设计了串联馈电网络和不等功分网络。
最后利用Ansoft公司的designer仿真软件,对单脉冲阵列进行整体仿真,并且分别对水平极化和垂直极化的和差方向图作了较为详细的分析。仿真结果表明,圆口径栅格阵天线的增益达到29.3dB,副瓣电平为-22dB,交叉极化电平在主辐射方向上达到-73dB,满足了高极化隔离的要求。