ka波段倾斜波束角平面天线的研究

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1、1绪论硕士论文面天线的迫切需求，微带天线得到了迅猛发展，被广泛应用于各个领域，成为天线研究领域中一个十分重要的方向。分析微带天线的基本理论大致上可分为三类【l】，传输线模型、空腔模型理论和积分方程法，即全波理论。其中运用较为广泛的是积分方程法，它可以分析单个贴片，有限和无限阵列，任意形状单元和耦合等。从原理上说，它可以用于各种结构、任意厚度的微带天线。此外，还有基于对积分方程法简化的格林函数法(GFA---Green’SFunctionApproach)、由空腔模型的扩展产生的多端网络法(MNA--MultiportNetwo

2、rkApproach)、矩量法和时域有限差分法等。微带天线的理论已日臻完善，已有各种仿真计算软件，如IE3D、ansoftHFSS、CST等，为天线的仿真设计提供了强有力的工具。现在天线设计者的主要工作之一是设计合适的结构建立模型，通过仿真优化参数满足天线性能的要求。目前已设计生产出各种类型的微带天线，如：贴片型、线型、漏波型等天线，广泛运用于民用和军事领域。其中大多数微带天线为边射型波束。而具有一定倾角的既非边射又非端射型天线研究成果主要集中在电控波束可调天线(智能天线)、微带漏波天线和微带锥状波束天线。电控波束可调天线技术

3、在雷达系统以及移动通信方面都有广阔的应用前景，传统的智能天线体积庞大，馈电系统和控制系统复杂。微带漏波天线是一种行波天线，利用微带在高阶模时的泄漏特性，形成空间漏波辐射，其主波束方向依赖于工作频率，具有电控频扫特性。特点是低剖面、易于匹配的特点适宜于集成化生产，特别是微带漏波天线的波束电控频扫特性，在移动通信系统中的新型智能天线方面具有潜力。锥状波束微带天线则在某些小型探测器方面有着重要的应用。1．2．2波导缝隙天线研究现状波导缝隙天线的研究始于上世纪四十年代。上世纪七十年代后，计算机技术的高速发展，电磁场数值计算成了理想的分

4、析手段，使得波导缝隙天线的分析和设计取得了重大发展。1948年，A．F．Stevenson发表了关于缝隙辐射理论的论文【5J，建立了关于波导缝隙的基本理论模型，证明了将宽边纵向缝隙等效为传输线上一个并联导纳，宽边倾斜缝隙等效成串联阻抗方法的合理性，根据功率守恒导出了各种形式的缝隙归一化电导(电阻)的计算公式。1959年，A．A．Oliner利用微波网络模拟考虑了波导壁厚对缝隙谐振长度的影响，分析计算了缝隙的电阻和电抗【2J，对Setvenson的计算式进行了重大扩展。T．Vu．Kuae和C．T．Carosn采用矩量法对纵向缝隙

5、进行了理论分析和计算【6J，JonJ．Guliek利用矩量法设计了小型谐振式波导宽边纵缝天线阵列【7J，AntonioMofini，TullioRozzi，GiuseppeVenanzoni分析了矩形波导和脊波导的缝隙问题【8】，过程中主要采用了广义的导纳矩阵(GAM)和矩量法，Benko．P．T．和Ladanyi．Turoczy等人采取了基于空间2硕士论文Ka波段倾斜波束角平面天线的研究分割技术的方法深入分析了一端翘起的波导宽边纵缝天线19j，HomayoonOraizi和MahmoudT．Noghani对波导宽边纵缝的线阵

6、和面阵进行优化设计，提出使用基于最d,-乘法的方法【lo】。近年来，波导缝隙天线在实现圆极化和双极化方面也取得了较大进步。在波导终端短路情况下，T．Hirano，J．Hirokawa等采用在波导宽边开交叉缝，同时在辐射缝与终端间采用交叉缝匹配的形式，在关心角度内实现了测试轴比小于1．5dB的圆极化天线【11I。GiorgioMomisci，GiuseppeMazzarella等提出在矩形波导宽边开类似于T形的缝，同时采用波导一端馈电另一端匹配的形式，分别实现了左旋圆极化和右旋圆极化【l2

7、。在阵列设计方面，R．S．Elliot

8、t于1978年将辐射缝隙的设计理论归结为三个方程[13-15J，他建立的理论使得平板缝隙天线的理论研究和工程设计达到了较为成熟的阶段，并成为当今波导缝隙阵列天线设计方法的主流。国内对波导缝隙阵列天线的研究和国外相比起步较晚，但仍获得了一定的研究成果。吕善伟等人运用矩量法分析了位于波导宽边上一定厚度的任意两个纵向缝隙的耦合特性【16。17J，李建瀛、张光英等运用矩量法计算了工作在行波条件下的波导缝隙阵列天线[18-19]，施锦文、丁晓磊等采用分域基函数对磁流进行展开的方法对波导纵向缝进行了分析【20，谢拥军等人提出以“电流分布逼

9、近”作为目标函数，利用遗传优化算法优化设计了谐振式波导缝隙阵天线线阵的方向副211。利用商业软件HFSS的s参数仿真结果，金剑、万笑梅等采用口径场反演方法设计了波导纵缝天线阵列，提高了设计效率【2羽。1．3论文主要工作及各章内容安排本文根据装配于飞行器的圆锥体表具有前倾波束角