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宽带圆极化与双极化介质谐振器天线

韩荣苍  
【摘要】:现代无线通信、卫星通信与导航以及雷达技术的迅速发展对天线的极化特性、宽带特性、小型化及低损耗等性能提出了更高的要求。圆极化天线在抗多径效应、抑制雨雾干扰和提高信道容量等方面具有明显的优势,因而在通信和雷达系统中被广泛采用。基于双极化天线的合成孔径雷达凭借其全天候、全天时的工作特点和高分辨率的成像质量,已在军事和民用领域取得了广泛应用。为此,本论文提出了宽带圆极化和双极化介质谐振器天线的多项创新性设计,并完成了实践验证。本论文主要包括以下三方面内容:第一,提出了采用新型宽带正交馈电网络的双馈电型圆极化介质谐振器天线。该正交馈电网络在50%以上的频带上具有良好的阻抗匹配、功率分配和90°移相性能,该圆极化天线在大于41.8%带宽内均具有良好的阻抗匹配和圆极化性能;而另一紧凑型设计的阻抗带宽和轴比带宽分别达到48.46%和47.69%。以上双馈型圆极化介质谐振器天线的重要性能指标处于国际先进水平。另外,设计了一副顺序旋转馈电的宽带圆极化DRA,其阻抗带宽和轴比带宽均有进一步提高。第二,研制了宽带高性能双极化介质谐振器天线。这种天线采用平衡馈电结构激励,交叉极化场被有效抑制。采用平衡缝隙馈电的双极化DRA端口隔离度可达51dB,主波瓣内最差交叉极化电平在–35dB以下,相对阻抗带宽超过16.6%,覆盖8.85GHz到10.45GHz。采用平衡缝隙馈电的X波段的双极化介质谐振器天线阵同样具有良好的交叉极化和端口隔离度。第三,提出了一种新颖的共面波导转槽线形式的圆极化天线馈电结构,采用该馈电结构设计了一款高辐射效率的圆极化介质谐振器天线。由于介质谐振器无金属损耗和表面波损耗且馈电结构本身具有低损耗特性,该天线在工作带宽内的辐射效率最高可达97.7%。另外,首次提出了基于高阶模TEδ13模的高增益圆极化介质谐振器天线,其最高增益超过9.0dBi,并分析了该天线的工作模式能够提高增益的机理。


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