圆柱共形微带阵列天线

摘要.............................................................................................................................. I Abstract ......................................................................................................................... II 目录............................................................................................................................ I II 第一章绪论 (1)

§1.1 研究背景及意义 (1)

§1.2共形微带天线阵研究概况 (1)

§1.3微带阵列天线小型化研究概况 (4)

§1.4本文内容安排及主要工作 (5)

第二章微带天线阵的基本理论及共形微带天线的分析方法 (7)

§2.1 微带天线基本理论 (7)

§2.1.1微带天线简介 (7)

§2.1.2 微带天线辐射原理 (7)

§2.2 微带天线分析方法 (8)

§2.3 微带天线的圆极化 (9)

§2.4 微带阵列天线技术 (10)

§2.5 共形微带阵列天线分析方法 (12)

§2.6 本章小结 (13)

第三章S波段微带天线阵的研究和设计 (14)

§3.1天线阵的指标要求 (14)

§3.2微带天线圆极化的实现 (14)

§3.2.1 圆极化天线的概念 (14)

§3.2.2 微带天线实现圆极化的方法 (15)

§3.3微带天线小型化的实现 (16)

§3.4微带天线阵缩减互耦的实现 (18)

§3.5阵元的设计 (19)

§3.5.1 介质基板的选择 (19)

§3.5.2 馈电方式的选择及天线圆极化的实现 (19)

§3.5.3天线阵元的小型化设计 (22)

§3.5.4 阵元的仿真及分析 (25)

§3.5.5 阵元的加工和测试 (31)

§3.6 三单元平面微带天线阵 (32)

III

§3.6.1 天线匹配和功分器 (32)

§3.6.2 天线馈电网络的仿真设计 (33)

§3.6.3 三单元微带天线阵的仿真设计 (35)

§3.6.4 三单元微带天线阵的测试和结果分析 (38)

§3.7 本章小结 (42)

第四章基于圆柱表面的共形微带天线阵的设计 (44)

§4.1共形阵列天线的基本理论 (44)

§4.2 圆柱表面共形单元的设计 (46)

§4.2.1静应力和动态应力 (46)

§4.2.2 共形阵元的设计 (47)

§4.3圆柱表面共形阵列的设计 (51)

§4.3.1 三单元共形天线阵 (51)

§4.3.2 五单元共形天线阵 (52)

§4.4 天线阵方向图分析 (53)

§4.5 本章总结 (55)

第五章工作总结及展望 (56)

§5.1 工作总结 (56)

§5.2 未来工作展望 (56)

参考文献 (58)

致谢 (63)

作者在攻读硕士期间主要研究成果 (64)

第一章绪论

§1.1 研究背景及意义

随着现代技术的飞速发展，天线技术也是日新月异，天线形式更是层出不穷。上世纪四十年代起，因为航天和航空工业的飞速发展，共形天线理论以及共形阵列天线在理论研究和实际生产上的应用获得了巨大的突破。现今生活中，共形天线已经成为了天线领域必不可少的一个重要分支，并广泛应用于军事、民用的无线通信、雷达、飞行器等领域。

共形天线，顾名思义，与其所安放的载体共用同一形状的天线。即，天线的形状和其载体形状一致。因为传统的天线安放在载体表面会造成一些菱角或者凸起从而严重影响载体形状，而共形天线则能克服这些弊端，使得载体表面不会因为安放天线而有所改变。共形天线在飞行器领域的应用中尤为重要。飞行器的一切动力来源于有限的机载燃料，这导致飞行器上的空间和重量非常宝贵，充分利用有限的空间和容量是至关重要的。因此，现今的飞行器对其所搭载的仪器的物理指标和电气指标的要求非常严格。尤其对现代飞行器的电子系统的体积、重量等指标的限定更加严格，而将飞行器上所搭载的天线设计成共形天线，能使天线更加小型化、轻便、稳定。可以为其他电器设备节省出更多的有效空间。

这些年来，国际上对共形天线阵的研究突飞猛进，但是一些深层次问题仍旧没有得到很好的解决，限制了共形阵列天线的进一步发展，例如，共形阵列天线一大难点就是要保证整个阵列所有单元拥有相同的方向图、最大增益指向和拥有一致的极化特性，但是共形阵的各天线阵元并不在一个水平面上，因此共形阵的分析和工程实现难度非常大。同时，在某些特定环境下，传统的微带天线阵并不能满足共形阵的阵元对尺寸和性能的要求。通过天线小型化技术和减小阵元间耦合技术实现紧凑型天线阵为天线阵的设计提供了一条新的思路。这是一个极具挑战性的课题，具有重要的研究意义。

§1.2共形微带天线阵研究概况

一直以来，都是需求推动技术进步和发展，同样，各行各业对共形天线的认知和需求的逐渐加深造成了对其研究和开发进程的加速，这使得共形天线技术不断进步。各国的研究人员对共形天线技术投入了相当的热情和精力，正是因为这几十年来的不断投入使得共形微带天线技术获得了长足的进展。

微带天线这一理论的第一次提出是在1953年，美国的G.A.Deschamps[1]教授提出微带辐射器的设想。但是，由于当时的技术、材料等方面的限制，一直未广泛应用。