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毫米波微带阵列天线研究

高嵬  
【摘要】: 毫米波微带天线具有重量轻、剖面小、设计灵活、成本低廉等诸多优点。同时,毫米波本身具有波长短、频带宽、在雾、雪、尘埃等中有良好的传播等特性,因此,毫米波微带天线日益受到世界各国天线研究者的关注。 本文主要研究了两种馈电形式(并馈与串馈)共四个工作在35GHz的毫米波微带阵列天线,成功完成了对这些阵列天线的设计、仿真、制造和测试。本文从理论和实验的角度,研究了如何改善毫米波微带阵列天线的辐射特性,并获得具有高增益、低副瓣特性的毫米波微带阵列天线。 本文主要的工作包括: 1.设计了八元切比雪夫分布毫米波微带并馈直线阵,该阵列采用口径耦合馈电,经测试,副瓣电平达到-15dB。其中包括对口径耦合馈电单元天线进行仿真和理论分析,接着设计了八端口微带不等分功分器,作为天线阵的馈电网络。最后对天线阵进行了测试,测试结果基本达到预期的目的。 2.设计了两种毫米波微带串馈直线阵。两种天线阵都采用角馈方形贴片的形式。一种是常规的串馈微带直线阵,使阵列贴片电流实现锥削分布,即电流值由中心向四周逐渐变小;另一种是采用1 4λg阻抗变换线,使阵列贴片电流满足切比雪夫多项式分布。通过仿真和测试,对比两种天线阵,发现在低副瓣的要求下,对于不要求高增益的情况,切比雪夫天线阵比较适用;反之,均匀馈线的天线阵则比较适用。 3.在上面直线阵研究的基础上,设计了256单元毫米波微带串馈平面阵列天线,该阵列采用均匀馈线和阻抗变换线结合的方式设计。最后对该天线阵进行测试,仿真与实测方向图一致性较好,实测增益达到22dB,副瓣电平达到-30dB,基本达到预期的设计目的。本文所研究的毫米波串馈天线阵可用于毫米波天线系统。所作的理论分析和实验研究工作为后续的毫米波阵列天线研究打下了坚实的基础。


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