寬-雙頻和變極化反射陣天線的關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、自21世紀(jì)以來(lái)，隨著技術(shù)的發(fā)展，反射陣天線以其低成本、高效率、易共形和易重構(gòu)的多重優(yōu)勢(shì)已成為天線工程領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。完善和創(chuàng)新不同類型反射陣天線的設(shè)計(jì)方法，不斷提升其性能參量指標(biāo)，以適應(yīng)更多更廣的應(yīng)用場(chǎng)合具有十分重要的理論意義和工程價(jià)值。本文采用理論分析與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證并重的研究方法，在頻率域和極化域內(nèi)圍繞寬頻帶、雙頻段和變極化三個(gè)應(yīng)用方向展開(kāi)了具體的研究工作。本文首先介紹了反射陣天線的工作原理，常用單元類型，總體設(shè)計(jì)流程及分析方法；其次按照

2、不同的應(yīng)用背景和實(shí)現(xiàn)技術(shù)，分別對(duì)幾種不同類型的反射陣天線論述了各自的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，最后給出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)實(shí)例及實(shí)驗(yàn)結(jié)果。本文主要的研究成果和創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　(1)研究了基于相位優(yōu)化多諧振的寬帶技術(shù)。針對(duì)多諧振的雙十字環(huán)單元諧振時(shí)能量場(chǎng)過(guò)于集中，單元損耗高和相位曲線梯度大的問(wèn)題，本文提出了一種工作在Ka頻段的改進(jìn)型十字環(huán)單元。該單元通過(guò)將內(nèi)十字環(huán)替換成十字貼片，拉開(kāi)了內(nèi)外諧振點(diǎn)間的距離。新單元的單元損耗、相位曲線線性度和工作帶寬等特性較

3、傳統(tǒng)雙十字環(huán)單元均有較大的提升。本文設(shè)計(jì)了一款使用該單元的單層寬帶雙極化反射陣天線，其1.5dB增益帶寬超過(guò)18％，較傳統(tǒng)雙十字環(huán)單元提升了50%，性能指標(biāo)明顯改善。
　　(2)提出了一種多諧振技術(shù)的改進(jìn)方法。針對(duì)傳統(tǒng)多諧振單元對(duì)相位曲線線性度和工作帶寬提升有限的問(wèn)題，本文提出了一種融入亞波長(zhǎng)和分形幾何技術(shù)的四螺旋臂加載的閔可夫斯基分形雙方環(huán)單元，實(shí)現(xiàn)了在長(zhǎng)0.27λ0的亞波長(zhǎng)柵格中420°的線性移相范圍。同時(shí)，利用等效電路模型法

4、對(duì)新單元的結(jié)構(gòu)參數(shù)和諧振特性進(jìn)行了分析和研究。通過(guò)使用該方法，在改變基片材料和承載結(jié)構(gòu)時(shí)，可在一定頻率范圍內(nèi)快速的重構(gòu)計(jì)算出新單元的反射特性，避免了再次進(jìn)行全波仿真的資源損耗。使用該亞波長(zhǎng)多諧振單元的 X頻段單層寬帶反射陣天線相較傳統(tǒng)的雙方形環(huán)反射陣，其1dB增益帶寬由9%提升到了38%，性能指標(biāo)提升顯著。
　　(3)提出了一種基于互耦控制的毫米波雙頻段雙極化反射陣的設(shè)計(jì)及優(yōu)化方法。Ka/W雙頻段雙極化反射陣天線面臨著單元間互耦劇

5、烈，工作頻比高和加工裝配風(fēng)險(xiǎn)大等問(wèn)題。針對(duì)單層雙頻單元工作帶寬窄，相位曲線梯度高，以及多層雙頻單元需要引入支撐結(jié)構(gòu)，加工風(fēng)險(xiǎn)和損耗高的問(wèn)題，本文提出了一種使用層疊十字形貼片和單/雙方形貼片的雙頻嵌套單元組的設(shè)計(jì)方案。同時(shí)，根據(jù)該單元組的特性采用單元替換、相位階梯量化和基于局部分組的單元選取規(guī)則優(yōu)化等互耦控制方法，進(jìn)一步抑制了單元間耦合的變化，加強(qiáng)了單元組的局部周期性。使用該單元組的Ka/W雙頻段雙極化反射陣天線能很好的滿足工程應(yīng)用的指標(biāo)

6、要求。
　　(4)提出了一種基于可調(diào)波程差的無(wú)源變極化反射陣天線的實(shí)現(xiàn)方案。針對(duì)傳統(tǒng)無(wú)源變極化反射陣無(wú)法有效抑制相位互耦，難以提高極化隔離和不易實(shí)現(xiàn)可變極化相位差等問(wèn)題，提出了一種使用可控的極化傾角γ和相位差δ實(shí)現(xiàn)可變極化反射陣的方案。根據(jù)該方案，設(shè)計(jì)了一種加載延遲空氣腔的雙層三平行偶極子環(huán)單元。分置兩層的偶極子環(huán)單元分別提供了兩個(gè)極化的空間補(bǔ)償相位θx,y，抑制了相位互耦的影響。兩層間插入的金屬柵格地實(shí)現(xiàn)了入射電磁波的正交分解，