【摘 要】
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本文针对宽带阵列天线进行了研究,主要工作如下:1.结合工程项目需求,研究了具有波束扫描功能的宽带偶极子阵列天线。改进了马春德(marchand)巴伦,所设计的馈电结构实现了三阶阻抗匹配,有效展宽了偶极子天线的带宽。在HFSS软件中对天线进行全波仿真分析,同时给出其等效电路模型,利用HFSS和ADS联合仿真对天线进行带宽验证。所设计出的天线在电压驻波比(VSWR)小于2时,具有72.7%(工作频率范
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本文针对宽带阵列天线进行了研究,主要工作如下:1.结合工程项目需求,研究了具有波束扫描功能的宽带偶极子阵列天线。改进了马春德(marchand)巴伦,所设计的馈电结构实现了三阶阻抗匹配,有效展宽了偶极子天线的带宽。在HFSS软件中对天线进行全波仿真分析,同时给出其等效电路模型,利用HFSS和ADS联合仿真对天线进行带宽验证。所设计出的天线在电压驻波比(VSWR)小于2时,具有72.7%(工作频率范围为1.27-2.72 GHz)的阻抗带宽和50%(工作频率范围为1.2-2 GHz)的方向图带宽。对天线进行加工测试,验证了其宽带性能。在此基础上,采用无限周期结构对无限大阵列进行仿真,分析了阵列的波束扫描能力,以及阵元间距对天线性能的影响,阵列在E面的波束扫描性能优于H面。对有限的1×4直线阵和4×4平面阵进行建模仿真。所得到的1×4直线阵在1.54-2.68GHz范围内匹配良好,相对带宽为54%,可实现E面±30°的波束扫描;4×4平面阵具有48.7%(工作频率范围为1.4-2.3 GHz)的阻抗带宽,同样可实现E面±30°的波束扫描。2.研究了由小型宽带集成巴伦馈电的紧耦合阵列天线的宽带特性。采用偶极子天线作为阵列单元,通过相互交织的天线臂来产生耦合电容,进行对阵列带宽的扩展。基于marchand巴伦原理,设计了一个由两段非对称堆叠螺旋传输线组成的小型集成巴伦,匹配带宽可达十个倍频。给出了天线的等效电路模型,在ADS软件中对天线的尺寸进行优化,并在HFSS软件中对天线单元进行全波仿真验证。为了解决天线在高频处的带宽限制问题,加载了电阻型频率选择表面。此外,为了减轻天线单元在波束扫描时出现的匹配恶化,在天线臂与接地板间引入短路片。仿真结果表明,所设计的天线单元在0.75-6.3 GHz频段内VSWR<3,带宽达8.4个倍频,可实现沿E面和H面±30°的波束扫描,且剖面高度仅0.07λlow。采用延长边缘单元天线壁的方法对有限阵列进行边缘截断处理,并对1×8直线阵进行仿真,分析其带宽和扫描特性。仿真结果表明,该线阵具有4.24:1的带宽(工作频率范围为2.1-8.9 GHz),可实现E面±30°的波束扫描。
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