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弹载共形端射天线及低剖面超宽带天线研究

张虹  
【摘要】:论文结合科研项目进行选题展开研究工作,首先阐述了所设计天线的概念和应用、国内外研究现状及选题背景与意义;然后对本文研究内容加以论述;最后给出了研究成果和需进一步研究的问题。文中主要研究内容包括两个部分:第一部分设计了弹载共形端射天线,包含弹载共形端射线极化天线和弹载共形端射圆极化天线;第二部分研制了低剖面超宽带天线。论文的主要研究内容如下所述:(1)弹载共形端射天线研究根据科研项目指标要求,分析了弹载共形端射天线技术难点,即如何在天线与弹体间距小的条件限制下,实现沿弹尾方向的端向辐射特性。基于上述难点分析,分别确定了弹载共形端射线极化天线和弹载共形端射圆极化天线设计方案。1)弹载共形端射线极化天线根据弹载共形端射线极化天线尺寸限制和端向辐射的指标要求,分析了技术难点,选定谐振环和反射环组成二元环八木天线作为此天线设计方案。谐振环作为辐射单元,实现了天线沿弹体轴线方向双向辐射。为了抑制后瓣对相临区域干扰,使得天线实现端向辐射特性,引入反射环单元,通过调节馈电环和反射环尺寸与间距,实现沿弹尾方向辐射。在馈电环和反射环上加载短路针和渐变结构,可起到调节阻抗匹配的作用。采用ANSYS HFSS 13.0软件对该天线进行仿真分析,结果表明,在f_0±10MHz内,驻波比不大于1.2,在轴向±15°波束范围内,增益大于7.3dB,满足项目指标要求,从而验证了此方案的可行性。2)弹载共形端射圆极化天线根据弹载共形端射圆极化天线尺寸限制和沿弹尾端向辐射的指标要求,分析了技术难点,选定两个四元倒F天线子阵为此天线设计方案。弹载共形端射圆极化天线子阵采用倒F天线作为阵元,并利用顺序旋转馈电技术(0°,90°,180°,270°)对四元倒F天线子阵馈电,实现了双向圆极化,且展宽了轴比带宽。但是主极化(右旋圆极化)增益不满足指标要求。为了提高主极化增益,根据端射阵原理,对两个子阵等幅、90°相位差馈电,且两子阵间距约1/4波长,可以增强主极化增益。通过HFSS软件进行仿真分析,其结果表明,所设计弹载共形端射圆极化天线在380MHz-480MHz内,驻波系数小于1.6,轴比小于2.1dB,在轴向±20°波束范围内,增益大于0.1dB,因此,所设计的弹载共形端射圆极化天线的电参数均满足项目要求。(2)低剖面超宽带天线研究根据天线低剖面和超宽带的指标要求,分析了技术难点,确定了天线方案。设计出了由顶层加载帽、正交锥形辐射贴片和弯折短路针组成的低剖面超宽带天线。为了满足低剖面的指标要求,采用顶部加载以降低天线剖面。加载弯折短路针,延长了电流路径,从而改善了低频驻波系数,使得带宽得以展宽。将两印制锥形辐射贴片的介质板上正交嵌入放置,可在方位面获得良好全向性。但是,为了使两介质板正交嵌入,需要将两介质板各自裁去一个互补矩形长条,但对高频电流分布产生了影响,使得高频驻波系数升高。可采用在两介质板中央加载金属化通孔的方法,导通高频段电流分布,改善高频驻波系数,进而展宽天线带宽。通过仿真软件进行了仿真,在仿真基础上加工了实验样机,实测数据表明,该天线结构尺寸为Ф74mm×26mm,在整个频段880-3800MHz,方向图为类单极子辐射方向图,具有良好的类单极子辐射特性。实测和仿真的结果有着良好的一致性,从而验证了该方案的可行性,具有一定的工程用价值。


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