双极化与变极化微带天线的研究

【摘要】：近年来在现代通信系统，合成口径雷达、电子探测、电子对抗、极化测量等应用中，要求天线具有双极化、变极化功能，而且整个系统需要优化设计，其理论与应用均处于发展之中。本文从理论上和实验上对双极化方形微带贴片天线单元和阵列进行了系统的研究，对独创的极化捷变放大器型有源微带天线阵作了实践与探讨。论文主要包括四部分内容。 首先，用Green函数法导出了三种双极化方形贴片天线的输入阻抗和互阻抗表达式，分析了这三种单元的输入阻抗、电压驻波比和隔离度的频率特性。并且详细分析了天线单元的各个设计参数对天线性能的影响，得出一些对工程设计有意义的结果。这样馈电的贴片易于形成阵列结构和有源集成。 其次，导出了双极化贴片天线阵有效的交叉极化方向图表达式，分析了16元贴片天线阵的主极化和交叉极化方向图，理论值和实验值相当吻合。 第三，用FDTD法研究了微带贴片天线各参数，包括基片相对介电常数和厚度及微带馈线的宽度等对双极化单元天线性能(谐振频率、反射损耗和隔离度等)的影响。并研究了各天线参数对阵元性能指标和相邻阵元传输系数的影响。同时分析了各天线参数与二元阵谐振频率和互耦的关系。 第四，完成了独创的具有极化捷变功能并带有低噪声放大器(LNA)的有源微带天线阵的设计与研制，并进行了一系列实验 2000年上侮大学博士学位论文 研究。该天线在馈电端电控单一有源电路就可实现整个微带天线 阵由线极化到圆极化的极化捷变和信号放大。提出了一种切实可 行的极化捷变和LNA有源电路，有源电路的移相器和LNA都用 TOUCHSTONE软件进行系统优化设计。无源阵与LNA相连接 后，不但提高了天线的有源增益，而且改善了驻波比带宽和隔离 度。移相器和LNA有源器件的引人，根据本方案只需一套，却 大大扩展了天线的功能和应用，既使天线可方便地接收不同极化 波，又使接收天线对给定的增益要求能作到小型化。