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天线技术作为无线通信领域的关键技术之一,对通信系统的整体结构和性能起着举足轻重的作用。随着通信和导航系统的飞速发展,系统对天线指标的要求也越来越高。微带天线由于具有低剖面、重量轻和价格低等特点,因而适合于多种应用系统,但是单个微带天线的增益比较低,波束指向难以改变,因此通常需要采用组成阵列的方式以克服上述不足。目前,高增益、低互耦和宽波束的微带天线阵列已经成为研究和开发热点之一。本文主要研究了用于导航和通信系统的微带天线阵列,主要工作是:
1、研制了用于无线局域网通信系统中的口径耦合微带天线阵列。首先分析了无线局域网通信系统对天线的要求,介绍了阵列天线的设计流程,接着比较了多种形式单元天线的特点,在此基础上重点讨论了口径耦合微带天线;为了更好地使用电磁仿真软件,文中简单介绍了矩量法,然后应用电磁仿真软件研究了口径耦合微带天线阵列,主要是结构参数如贴片的长度、缝隙的大小和位置等对天线性能的影响,以此为基础,分别进行了单元天线和馈电网络的初步设计,接着把单元天线和馈电网络放在一起进行精细设计,给出了仿真结果,研制了8×8的天线阵列,测试了该阵列的阻抗特性和方向性图,并讨论了仿真和测试结果,分析了两者之间产生差异的可能原因和解决问题的方法。
2、研制了用于导航通信系统中的印制偶极子天线阵列。首先介绍了系统对天线的指标要求和设计流程,然后讨论了几种形式的印制偶极子天线特点以及馈电结构,重点介绍了带Balun(平衡不平衡转换)印制偶极子天线的工作原理和设计方法,借助基于有限元方法的电磁仿真软件AnsoftHFSS分析了影响天线工作频率的主要因素,在此基础上设计了印制偶极子天线单元;然后分析了天线单元的互耦对天线阵列性能的影响,提出了一种减小天线单元互耦的方法-加载无源寄生元件,介绍了这种方法的原理,进行了仿真分析,研制了实物样品,实测结果表明,加载无源寄生元件可以使天线单元间的电磁互耦得到明显的改善;在上述工作的基础上,研制了8~8的印制偶极子天线阵列,并进行了实测,其指标达到了预定的要求。