高增益微带天线阵的研究及设计

• 作 者: 谢宝荣
• 出 处: 西安电子科技大学
• 发表日期: 2013年期
• 关键词: 微带阵列天线 高增益 馈电网络 相控阵

在无线电领域，天线是非常重要的组成部分。由于微带天线有低剖面、重量轻、量产成本低、易于设计等优点，在导弹、引信、遥测等诸多方面得到了广泛的应用。随着现代技术的发展，通讯和雷达系统对整体性能、体积、功耗等要求越来越高，新的技术和工艺不断涌现。在微波集成技术的快速发展和空间技术对低剖面天线的迫切需求下，微带天线得到了迅猛的发展。本文从项目需求出发，借助电磁仿真软件，研究并设计了可用于探测雷达系统的微带阵列天线。本文的主要工作包括：1、设计了一副24×4元高增益微带阵列天线。天线工作在24.05GHz-24.25GHz，采用矩形贴片为天线单元，阵元通过串馈形式进行激励，结构紧凑。为取得合适的主瓣宽度和副瓣电平，我们采用基于差分进化算法的综合方法，得到每个阵元的激励幅度和相位。馈线设计是该项工作的关键部分，通过采用双四分之一阻抗变换器，所设计的馈电结构不仅可以实现所需的电流分布，而且能够达到较好的阻抗匹配。该馈电结构调整非常灵活，利于工程实现。所设计的阵列天线具备高增益，窄波束，低副瓣特性，带内增益超过了25dB，俯仰面的半功率波瓣宽度约为20，而方位面的半功率波瓣宽度仅为3，且两个主平面内的副瓣电平都低于-20dB。2、设计了一副16×16元微带相控阵天线，该天线应用于24GHz探测雷达，可工作于两种正交的线极化状态，分别实现两个正交方向上的扫描。天线由辐射贴片层和馈电网络层组成，采用简单的矩形贴片作为辐射单元，为降低馈电损耗，采用了串联式馈线结构。馈电网络层由32个具备反相功能的功分器组成。由于探测雷达的小型化要求，该阵列天线的组阵方式、馈电结构以及贴片层与馈电层的结合方式均是设计的关键所在。经过多重巧妙的设计，最终实现了该天线分别以两种极化状态在两个正交方向上的扫描，最大扫描角度大于40°，主瓣宽度小于7°，天线增益大于20dB。在仿真设计的基础上，我们制作了16×16元微带相控阵列的实验样品，并给出了初步测试方案。