弹载SC/X频段双极化共口径天线及超宽带Vivaldi天线研究

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论文结合科研项目进行选题并展开研究工作,首先阐述了本文相关内容的研究现状及选题背景意义,其次对本文研究内容加以论述,最后给出了研究成果与需要进一步研究的问题。研究内容主要分为三个部分:第一部分为超宽带双极化Vivaldi天线设计;第二部分为弹载SC/X波段双极化共口径天线研制;第三部分为小型化超宽带Vivaldi天线研制。论文研究工作内容如下:(1)超宽带双极化Vivaldi天线设计根据科研项目技术指标要求,分析出天线设计的难点,从而确定了超宽带双极化Vivaldi天线的设计方案。通过微带-槽线转换巴伦馈电结构实现超宽频带,采用两个天线单元相互正交嵌入的方式实现双极化。利用ANSYS HFSS仿真软件对天线进行设计和优化。仿真结果表明,天线VSWR≤2的阻抗带宽为3.314.0GHz,相对带宽为124%,具有超宽带特性;在工作阻抗带宽内,天线的两个端口之间的隔离度大于30dB,最大辐射方向增益大于3.5dB,交叉极化小于-10dB,其电性能指标满足技术指标要求。(2)弹载SC/X频段双极化共口径天线结合弹载共口径天线的技术指标的工程要求,对上述所设计的超宽带双极化Vivaldi天线进行改进。根据技术指标,分析出弹载SC/X频段双极化共口径天线的设计难点,设计出能够满足技术指标的新型弹载天线。利用容性加载开环结构实现的阻带功能,使f1f4的频带之间产生陷波,从而实现天线的SC/X频段的共口径设计。这种方法实现的共口径设计,可以大大简化了共口径天线的结构,有效节约了制造成本。由于天线安装在金属载体平台上,对其方向图的前后比参数也有一定的改善。同时,在贴片上方开口末端加载电阻和金属贴片,能够吸收电流功率,抑制回波损耗,从而在一定程度上改善低频驻波,降低剖面尺寸。文中采用ANSYS HFSS仿真软件对所设计的天线进行仿真,并进行了样机加工。仿真和测试结果表明,天线满足了在技术指标给定的f01f02和f03f04的工作频段内,±60°波束内增益大于-6dB的指标要求。(3)小型化超宽带Vivaldi天线根据技术指标要求,针对Vivaldi天线对于小型化的应用需求,设计出小型化超宽带Vivaldi天线。本天线采用阻抗变换器加微带-槽线转换的结构进行馈电,并且通过改变表面金属贴片的形状来调节天线的阻抗带宽。天线的尺寸为17mm×11.8mm×0.5mm(0.29λ×0.20λ×0.01λ)。文中采用ANSYS HFSS仿真软件对所设计的天线进行仿真,并进行了样机加工。仿真和测试结果表明,天线的VSWR≤2阻抗带宽为5.217.1GHz,相对带宽为107%。其XOZ面YOZ面方向图±45°波束范围内增益大于-1.0dB。本天线的尺寸与传统Vivaldi天线相比,具有明显的小型化优势,并且在超宽频带范围内具有良好的辐射特性,其电性能满足技术指标要求。
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