Ku波段微帶超導(dǎo)天線的研究.pdf

1、密級(jí)桂林電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文碩士學(xué)位論文題目題目Ku波段微帶超導(dǎo)天線的研究Ku波段微帶超導(dǎo)天線的研究（英文）（英文）TheResearchofMicrostripSuperconductingAntennaatKub研究生學(xué)號(hào):研究生學(xué)號(hào):112021409研究生姓名:研究生姓名:王玨指導(dǎo)教師姓名、職務(wù):指導(dǎo)教師姓名、職務(wù):姜興（教授）申請(qǐng)學(xué)科門類:申請(qǐng)學(xué)科門類:工學(xué)碩士學(xué)科、專業(yè):學(xué)科、專業(yè):電磁場(chǎng)與微波技術(shù)提交論文日期:提交論文

2、日期:2014年4月論文答辯日期:論文答辯日期:2014年6月摘要I摘要摘要微帶天線作為星載天線具有體積小、重量輕、剖面低、易于共形、易于集成的優(yōu)勢(shì)，但是星載天線的另一個(gè)基本要求是高增益。為提高增益可以通過組成天線陣來實(shí)現(xiàn)，不過大型微帶天線陣列有一缺陷，就是饋電網(wǎng)絡(luò)損耗太大，導(dǎo)致當(dāng)天線數(shù)目增大到一定程度時(shí)，增益并不能獲得增加，這將嚴(yán)重阻礙微帶天線在衛(wèi)星系統(tǒng)中的使用。為了解決這一問題，就提出了利用超導(dǎo)材料來制作微帶天線的饋電部分。由于在使

3、用超導(dǎo)材料時(shí)，一般使用的基底介質(zhì)常數(shù)都很高，會(huì)使得天線的Q值也很高，這將造成天線的帶寬變窄。并且由于微帶天線的帶寬本來就窄，只有2％～5％左右，所以使用高溫超導(dǎo)材料時(shí)，HTS微帶天線的帶寬將更窄，通常僅為0.85%~1.1%，為了克服這一困難，使得高溫超導(dǎo)天線能得到實(shí)際應(yīng)用，必須提出一些實(shí)際應(yīng)用技術(shù)。本文利用口徑耦合結(jié)構(gòu)的微帶天線分為兩層，一層輻射層，一層饋電層。僅在天線饋電網(wǎng)絡(luò)中使用高溫超導(dǎo)材料不僅使天線的饋電網(wǎng)絡(luò)損耗降低，還降低了天

4、線的相對(duì)介電常數(shù)，使得Q值也得到了降低，同時(shí)增加了帶寬。本文設(shè)計(jì)了一款Ku上行波段的高溫超導(dǎo)天線陣列。通過超導(dǎo)材料的選擇，天線結(jié)構(gòu)的確定，天線單元的設(shè)計(jì)，超導(dǎo)材料饋電網(wǎng)絡(luò)的分析，對(duì)高溫超導(dǎo)天線單元組成了一個(gè)八元超導(dǎo)天線陣。利用電磁仿真軟件CST對(duì)HTS天線陣列建模，并仿真了S11參數(shù)，駐波比，端口阻抗特性和方向圖。天線陣在14GHz17.5GHz的工作頻帶內(nèi)S11參數(shù)都低于10dB，駐波比VSWR都小于2，絕對(duì)帶寬為3.5GHz，相對(duì)帶

5、寬為22%。輸入阻抗Z11實(shí)部保持在50歐左右，虛部在0歐附近上下波動(dòng)，在電感性與電容性之間轉(zhuǎn)變，還保持著很好的對(duì)稱。中心頻率增益為16.1dB，后向輻射為16.932dB。E面3dB主瓣寬度為38.1，第一旁瓣電平為16.1dB。H面3dB主瓣寬度為19.5，，第一旁瓣電平為11.9dB。在工作頻帶內(nèi)天線增益保持在14.5dB以上，在17.25GHz處獲得最大增益16.7dB。由此分析可得，天線的旁瓣電平和后向輻射還是有所偏大。為了證

6、明超導(dǎo)材料比普通材料具有優(yōu)越性，將超導(dǎo)材料中的超導(dǎo)薄膜換成銅饋線，其他尺寸保持不變。其仿真結(jié)果表示，天線匹配性能依然良好，但是普通天線增益與效率在工作頻帶內(nèi)有所下降。給出HTS天線陣與普通天線陣增益對(duì)比，在整個(gè)頻帶內(nèi)，超導(dǎo)天線增益比普通天線增益平均高0.5dB，平均效率高10%。在設(shè)計(jì)天線陣列時(shí)，使用超導(dǎo)材料來降低饋電網(wǎng)絡(luò)的損耗作用是明顯的。通過將天線放置于液氮中進(jìn)行了實(shí)測(cè)，得到S11參數(shù)在14GHz17.5GHz的頻段內(nèi)都低于12.0