Vivaldi超宽带相控阵天线辐射与散射技术研究

摘要

为了适应日益增长的现代雷达、无线通信和电子对抗等不同领域对于超宽带、双极化、大角度扫描的阵列天线需求，宽带宽角扫描相控阵天线孕育而生。随着其性能指标要求越来越高，超宽带相控阵天线已经成为当今国内外军事民用领域各种无线电子系统的研究难点之一。本文针对工作在5个倍频程以上的超宽带双极化一维相控阵天线为主要设计目标，研制出了一款基于平衡对拓形式的Vivaldi超宽带双极化一维相控阵，并详细研究其阵列的辐射与散射特性。全文的主要研究内容分为以下四个部分：
　　第一，本文针对天线单元模型从理论上分析了Vivaldi天线的比例变换原理，回顾了由表面上的电流分布所引起的天线辐射原理和超宽带相控阵的理论，为整个天线分析设计打下扎实的理论基础。
　　第二，针对超宽带天线单元由不平衡到平衡的馈电部分设计了一款宽频带低损耗结构简单的微带线-槽线的转换器，利用大角度的微带扇形枝节来实现宽频带的阻抗匹配。同时，利用设计的转换器设计了传统形式的天线单元和基于平衡对拓形式的天线单元，经过仿真对比发现改进型的天线单元在保持相同的辐射特性的同时提升了天线的交叉极化特性。
　　第三，设计出一种基于平衡对拓形式的天线单元并进行了双极化排列，再利用电磁仿真软件HFSS的周期边界条件和辐射边界条件对天线阵列进行优化仿真，并设计出了10单元有限大阵列。仿真结果表明天线辐射性能指标良好。
　　第四，简略介绍了雷达散射截面和天线的散射理论分析。利用设计的超宽带相控阵列对其单站RCS和双站RCS进行了仿真分析，并与同样面积的金属地板进行了单站RCS对比，发现所设计出的超宽带阵列天线在RCS特性上显著优于同面积金属地板。
　　最后，将设计出的超宽带阵列天线进行了加工、组装与辐射特性测试。实验测试结果与仿真计算结果整体上吻合良好，从而有效的验证了设计的超宽带双极化一维相控阵天线设计的合理性与正确性。

目录

声明

第一章 绪 论

1. 1 研究工作的背景与意义

1. 2国内外研究历史与现状

1. 3 本文研究的目标

1. 4 本论文的结构安排

第二章 Vivaldi天线的工作原理及相控阵的基本理论

2.1 Vivaldi天线工作的基本原理

2. 2超宽带相控阵的理论

2. 3本章小结

第三章 超宽带天线单元的研究与设计

3. 1 传统形式的超宽带天线单元的研究

3.2 Vivaldi天线的单元的设计

3. 3 基于平衡对拓形式的双极化天线单元设计

3. 4 本章小结

第四章 超宽带Vivaldi天线阵列的设计与仿真

4. 1天线阵列仿真的原理

4. 2阵列仿真的结果

4. 3本章小结

第五章 超宽带Vivaldi天线散射特性的研究

5.1 Vivaldi超宽带天线阵的基础射理论

5. 2 Viva ld i天线阵列的RCS仿真

5. 3本章小结

第六章 天线阵列的加工与测试

6. 1天线的阵列加工

6. 2 测试平台与测试原理

6. 3 天线的测试结果

6. 4本章小结

结束语

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果