论文部分内容阅读
随着无线通信系统的发展,有源集成天线因其体积小,功能强,效率高等优点被广泛应用于军事和商业领域,如相控阵,功率合成,移动通信和无线传感器等方面。同时作为新兴智能天线的微带漏波天线因波束电控频率扫描特性和低剖面、易集成等优点,成为近年来的研究热点。复合左右手(CRLH)漏波天线是CRLH传输线的众多应用之一。复合左右手传输线可以同时传输快波和慢波两种模式。工作在快波区域的复合左右手传输线称为漏波天线,可实现前向后向及边向的辐射,同时又具有很低的剖面。这些优点使CRLH漏波天线可与有源器件集成或做成共形表面应用于无线通信系统。分布式放大器(Distributed Amplifier,DA)也称为行波放大器,将多个放大器沿传输线并联在一起作,在极宽的频段内实现较平坦的增益和较好的阻抗匹配。本文以分布式放大器结构和CRLH漏波天线理论为基础,利用二者的行波共性,采用电磁仿真结合试验实测的方法,对基于分布式放大器和CRLH的微带漏波天线进行研究,提出并设计了性能改进的有源集成漏波天线。本论文的主要工作如下:1.设计了一款工作在1.9GHz的小型化平衡式低噪声。利用MWO软件对3dB正交耦合器进行小型化仿真设计,使用中间加载开路枝节和阶跃阻抗线的方法有效减小了耦合臂长度,同时尽量增加带宽。小型宽带化的3dB正交耦合器较传统正交耦合器面积减小约80%。有效地缩小了电路尺寸。实测结果显示该电路性能良好,满足设计指标。2.介绍了分布式放大器的主要性能参数和工作原理。基于MEFET的小信号模型,设计了一款工作于2.5~6GHz的超宽带放大器。工作频段内,该放大器增益为10dB左右,11S小于-10dB。实测结果与仿真吻合良好。3.从复合左右手等效电路研究入手,介绍了CRLH传输线的基本分析方法和设计思路。对对称和非对称结构的CRLH漏波天线进行了分析与对比。在此基础上,分别研究并设计了工作在平衡状态下的六单元对称和非对称结构CRLH微带漏波天线。非对称结构CRLH漏波天线在工作频段2.4~6.8GHz内11S均小于-10dB,辐射波束可实现从后向向前向无缝隙连续扫描,波束扫描范围可达到-30°~50°。对称结构漏波天线工作频段为2.6~6GHz。仿真可得该天线在工作频段内11S小于-10dB,扫描范围为-60°~80°。4.利用CRLH漏波天线和分布式放大器的行波共性,将设计好的对称结构CRLH漏波天线替代分布式放大器的漏极传输线。同时设计了与漏波天线色散关系一致的集总CRLH传输线,替代栅极传输线,解决了栅极传输线与漏极传输线相位一致性的问题。实测天线各个频点的增益比较平坦,所测频点最高和最低增益差不超过2.2dB。由于分布式放大器的嵌入,该漏波天线在仅6个单元的较小尺寸下实际增益达到5.5dB左右,显著增加了有效辐射面积。