定頻波束可調(diào)微帶漏波天線的研究.pdf

1、近年來(lái)，電控波束可調(diào)天線(智能天線)技術(shù)得到了充分的發(fā)展，在雷達(dá)系統(tǒng)以及微波通信方面都有廣闊的應(yīng)用前景。但傳統(tǒng)的智能天線體積龐大，饋電系統(tǒng)和控制系統(tǒng)復(fù)雜。微帶漏波天線就以其低剖面，易于匹配以及頻掃特性越發(fā)受到重視。1979年，W.Menzel首先指出了可以利用微帶在高階模時(shí)的泄漏特性制造天線，但此時(shí)對(duì)此類天線的理論研究還處于起步階段。直到1987年，OlinerA.A.完整地闡述了微帶在第1，2，3高階模下電波傳輸特性，以及使用橫向諧振

2、法計(jì)算了漏波天線不同高階模下的漏波傳播系數(shù)kz=α+jβ，微帶漏波天線的理論體系才得以完善。隨著對(duì)微帶漏波天線研究的深入，其在雷達(dá)防撞和汽車定位方面得到了廣泛的應(yīng)用。 微帶漏波天線近年來(lái)在通信領(lǐng)域越來(lái)越受到重視。微帶漏波天線具有低剖面，重量輕，電控波束掃描等優(yōu)點(diǎn)，在微波通信以及雷達(dá)防撞等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。微帶漏波天線工作于第一高階模時(shí)，產(chǎn)生空間漏波輻射，其主波束方向依賴于工作頻率，具有電控頻掃特性。微帶漏波天線頻掃特性在于當(dāng)

3、工作頻率改變的時(shí)候，微帶天線的電長(zhǎng)度也隨之改變，從而使微帶線上各點(diǎn)相位發(fā)生變化，形成的主波束發(fā)生偏轉(zhuǎn)。遺憾的是，對(duì)個(gè)人通信來(lái)說(shuō)，通信頻率是給定的，無(wú)法利用微帶漏波天線的頻掃特性。但從微帶漏波天線的工作原理來(lái)看，當(dāng)頻率不變時(shí)，仍然有其它參數(shù)影響天線的主波束方向，因此，如果尋找和證明了天線的某個(gè)參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)天線主波束方向的電控可調(diào)，則微帶漏波天線完全可能滿足下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)對(duì)終端機(jī)(手機(jī))用智能天線的苛刻要求，成為一種具有巨大市場(chǎng)潛力的天

4、線產(chǎn)品。 本論文的工作重點(diǎn)在于設(shè)計(jì)一種可以實(shí)現(xiàn)頻率固定波束可調(diào)的微帶漏波天線。首先使用時(shí)域有限差分法對(duì)微帶漏波天線進(jìn)行數(shù)值仿真，得到了微帶漏波天線TE01模下的電場(chǎng)分布，對(duì)微帶漏波天線的電波傳播特性進(jìn)行初步的討論。提出新的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算微帶漏波天線漏波傳播系數(shù)，所得漏波傳播系數(shù)曲線與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)以及比較數(shù)據(jù)十分吻合。 作為頻固波束可調(diào)的微帶漏波天線設(shè)計(jì)的前期準(zhǔn)備工作，對(duì)雙端口饋電微帶漏波天線的輻射特性進(jìn)行了理論研究。通過(guò)改變微

5、帶漏波天線兩端饋電端輸入電流相位差，可以使微帶漏波天線的主波束形式在單雙波束掃描形式之間轉(zhuǎn)換。仿真結(jié)果符合設(shè)計(jì)預(yù)期。而且發(fā)現(xiàn)了雙端口饋電微帶漏波天線的一種新特性，該特性可望應(yīng)用于實(shí)現(xiàn)微帶漏波天線頻率固定下的主波束掃描。在理論上提出了一種嶄新的帶移相器雙端口饋電微帶漏波天線，實(shí)現(xiàn)了頻率固定下的相控微帶漏波天線主波束掃描。通過(guò)控制微帶漏波天線末端饋電端口移相器，其輸入電流激勵(lì)相位發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)工作頻率固定下微帶漏波天線主波束掃描。當(dāng)工作頻率

6、為7GHz時(shí)，微帶漏波天線主波束掃描范圍可以達(dá)到約21°。通過(guò)改良天線的饋電結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了頻率固定下的相控微帶漏波天線雙向主波束掃描。通過(guò)控制微帶漏波天線中部饋電端口移相器，成功實(shí)現(xiàn)了工作頻率固定下微帶漏波天線主波束掃描，并使用電子開關(guān)實(shí)現(xiàn)微帶漏波天線主波束雙向掃描。當(dāng)工作頻率為7GHz時(shí)，在微帶漏波天線法線右側(cè)，主波束掃描范圍約為41°至63°；在微帶漏波天線法線左側(cè)，主波束掃描范圍約為117°至138°。 本論文提出了一種嶄新

7、結(jié)構(gòu)的多端口饋電微帶漏波天線，成功地實(shí)現(xiàn)了頻率固定下的電控天線主波束逐級(jí)可調(diào)。通過(guò)理論仿真以及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在工作頻率固定的情況下，通過(guò)控制多端口饋電微帶天線上的饋電端口，使微帶漏波天線主波束方向發(fā)生偏移。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論仿真吻合較好，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)工作頻率固定為1.12GHz的情況下，主波束掃描范圍可以達(dá)到約50°至80°。針對(duì)天線主波束只能在法線一側(cè)掃描的缺陷，提出了一種新型的雙端口饋電微帶漏波天線，實(shí)現(xiàn)了頻率固定下的天線主波束雙向電控

8、掃描。在工作頻率固定的情況下，通過(guò)控制雙端口饋電微帶天線上的中部饋電端口位置，使微帶漏波天線主波束方向在法線兩側(cè)同時(shí)發(fā)生偏移。仿真結(jié)果表明，當(dāng)工作頻率固定為7GHz的情況下，在H平面上，法線右側(cè)主波束掃描范圍約為37°至57°，法線左側(cè)主波束掃描范圍約為125°至143°。利用陣列天線原理，通過(guò)一種嶄新結(jié)構(gòu)的微帶漏波陣列天線也實(shí)現(xiàn)了頻率固定下主波束逐級(jí)可調(diào)。通過(guò)理論仿真確定陣列天線結(jié)構(gòu)參數(shù)。實(shí)驗(yàn)表明，在工作頻率固定的情況下，通過(guò)分流器控

9、制微帶漏波天線陣元是否饋電，使微帶漏波天線主波束方向發(fā)生偏移。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)工作頻率固定為1.12GHz的情況下，主波束掃描范圍可以達(dá)到約42°到58°。 最后針對(duì)微帶漏波天線尺寸過(guò)大的問(wèn)題，在微帶漏波天線上應(yīng)用縫隙技術(shù)。應(yīng)用時(shí)域有限差分法(FDTD)對(duì)的微槽線漏波天線進(jìn)行分析，直觀地得到了微槽線漏波天線內(nèi)部的電場(chǎng)分布。提出了一條有效的經(jīng)驗(yàn)公式，成功地計(jì)算了微槽線漏波天線的漏波傳播系數(shù)，與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好。比較了不同縫隙寬度和