无线电引信微带天线设计

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随着信息时代无线电技术的进步,无线电引信技术逐渐向小型化、集成化、标准化、高精度、强抗干扰能力、强反隐身能力的方向发展,天线作为引信装置中不可缺少的组成部分,在小型化、高增益和带宽等多个方面被提出了更高的要求。本文对毫米波频段微带阵列天线以及超宽带平面天线展开研究,主要工作如下:1.根据微带天线基本原理,设计了工作在35GHz的矩形贴片单元。根据传输线模型理论,减小贴片宽度并调整阻抗匹配线,设计了一款工作在35GHz的小型化矩形贴片单元,面积缩小了42.5%。2.采用双角串馈网络,令相邻两个贴片之间角馈线取为二分之一介质波长来保证各单元同相激励,确定贴片单元的数目为奇数来保证馈电激励的对称性,贴片的辐射边与非辐射边均通过角馈线相连,使天线尺寸减小、馈电损耗降低,设计制作了工作在35GHz的三款小型化毫米波微带阵列天线。3×3阵列天线尺寸为17.06mm(9)11.22mm,相对带宽为2.66%,增益为14.7d B;5×5阵列天线尺寸为27.82mm(9)19.22mm,相对带宽为5.6%,增益为18.1d B;9×9阵列天线尺寸为47.82mm(9)36.62mm,相对带宽为4.43%,增益为20.6d B,实现了毫米波阵列天线的小型化和高增益设计。3.根据圆柱共形阵列天线理论,采用双角串馈网络设计了一款工作在35GHz的水平全向圆柱共形阵列天线,天线不圆度为2.87d B,相对带宽为8.54%,E面波束宽度为82,能量集中在圆柱周向上,圆周360范围的增益值在0.44d B~3.31d B之间。4.根据单极子天线基本原理,通过在辐射贴片电流最小点处连接匹配枝节的方式,设计制作了一款加载枝节的钻石形小型化超宽带天线。天线工作在0.5GHz~3GHz,阻抗带宽为6:1,尺寸为140mm(9)121mm,面积比传统矩形单极子天线缩小了62.9%。5.在钻石形超宽带天线的基础上,对单极子天线的接地板进行了研究与设计,依次加载线型和角型枝节,设计制作了一款工作在3GHz~10GHz的方向图改进天线,在高频端获得了更为稳定的辐射方向图。天线尺寸42mm(9)46.5mm,在工作范围内E面方向图都呈现“8”字形,方向图不因频率改变而发生变化。6.采用在贴片边缘加载多级阶梯的方式拓宽天线带宽,设计了加载四级阶梯的超宽带辐射单元,其带宽由10GHz~20GHz拓展至10GHz~38GHz。以该辐射单元作为阵元,采用串联馈电和双角馈电相结合的方式设计并制作了一款工作在10GHz~38GHz的2×3小型超宽带阵列天线,天线尺寸36mm(9)30mm,带宽范围内增益在4.45d B~9.55d B之间。
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