宽带微带天线和全向波导缝隙天线的研究

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微带贴片天线具有低轮廓、采用印刷工艺、便于与电路集成等优点,在无线通信系统中应用十分广泛。波导缝隙天线具有天线口径面利用率高、功率容量大、损耗小、天线结构紧凑,馈电和辐射系统一体化等优点,因而在高频雷达、电子对抗和无线通信系统中得到了广泛的应用。本文根据课题需要针对宽带微带天线和波导缝隙全向天线进行了如下工作:  首先分别介绍了一种宽带单极子微带天线和两种宽带平面缝隙天线,利用LOVE等效原理推导了这三种天线的远场表达式,通过MathCAD数值积分计算出了理想偶极子的远场分布和由理想偶极子激励的口面的相应远场方向图,将该方法应用于天线的设计中并与HFSS仿真结果进行了对比,证明了该方法的有效性。对影响单极子微带天线和矩形缝隙天线电性能的敏感结构参数进行了优化。通过改变宽带矩形缝隙天线的缝隙形状,增加了100MHz的带宽;在半圆形缝隙天线中加入宽带折叠偶极子结构从而展宽了天线带宽,给出了该天线设计制作的实例。实验研究了上述三种天线,电性能测试结果和仿真结果与预期相符。  接着进行了一种x波段窄壁压缩波导全向缝隙天线的研究,利用Stevenson公式进行了初值估计并用HFSS进行了仿真,通过数据拟合给出了窄壁压缩情况下矩形波导的单缝隙谐振长度与缝偏置关系、缝隙电导和缝偏置关系的拟合曲线,利用其设计制作了窄壁压缩波导全向天线和窄壁压缩波导到全高波导的阻抗变换。实验表明窄壁压缩波导全向缝隙天线测试和仿真结果一致。  最后对x波段全向圆波导缝隙天线进行了研究。选择圆波导中的对称模式TM01模,设计了TM01模的激励装置,对圆波导圆周开缝情况下激励柱的长度、位置与缝隙导纳和谐振长度的关系,全向特性与圆周开缝数目的关系进行了研究,分别给出了相应的仿真结果,优化了天线的等圆度。最后根据增益要求并利用上述结果设计了圆波导全向缝隙阵,通过优化激励柱结构参数实现了圆波导全向缝隙天线的阻抗匹配。实验表明该天线各项电性能指标达到设计要求,测试和仿真结果一致。
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