彈載小型化寬波束雙極化天線與寬帶全向水平極化天線研究

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碩士學(xué)位論文Ｉ３彈載小型化寬波束雙極化天線與寬帶全向水平極化天線研究作者姓名楊宇亮指導(dǎo)教師姓名、職稱張福順教授申請(qǐng)學(xué)位類別工學(xué)碩士 學(xué)校代碼10701學(xué)號(hào)1502120902分類號(hào)TN82密級(jí)公開(kāi)西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文彈載小型化寬波束雙極化天線與寬帶全向水平極化天線研究作者姓名：楊宇亮一級(jí)學(xué)科：電子科學(xué)與技術(shù)二級(jí)學(xué)科：電磁場(chǎng)與微波技術(shù)學(xué)位類別：工學(xué)碩士指導(dǎo)教師姓名、職稱：張福順教授學(xué)院：電子工程學(xué)院提交日期：2018年6月 OnMissile-borneMiniaturizedWidebeamDual-polarizationAntennasandEnhancedBandwidthofaHorizontallyPolarizedOmni-directionalAntennaAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinElectromagneticFieldandMicrowaveTechnologyByYangYuliangSupervisor:ZhangFushunTitle:ProfessorJun2018 西安電子科技大學(xué)學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性（或創(chuàng)新性）聲明秉承學(xué)校嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)和優(yōu)良的科學(xué)道德，本人聲明所呈交的論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝中所羅列的內(nèi)容以外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果；也不包含為獲得西安電子科技大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書(shū)而使用過(guò)的材料一。與我同工作的同事對(duì)本研宄所做的任何貢獻(xiàn)均己在論文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。一學(xué)位論文若有不實(shí)之處，本人承擔(dān)切法律責(zé)任。本人簽名：叔椅ｔ日期：＞丨又、Ａｎ西安電子科技大學(xué)關(guān)于論文使用授權(quán)的說(shuō)明本人完全了解西安電子科技大學(xué)有關(guān)保留和使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：研究生在校攻讀學(xué)位期間論文工作的知識(shí)產(chǎn)權(quán)屬于西安電子科技大學(xué)。學(xué)校有權(quán)保留送交論文的復(fù)印件？，允許查閱、借閱論文，學(xué)?？梢怨颊撐牡娜炕虿糠謨?nèi)容，允許、采用影印縮印或其它復(fù)制手段保存論文。同時(shí)本人保證，結(jié)合學(xué)位論文研究成果。完成的論文、發(fā)明專利等成果，署名單位為西安電子科技大學(xué)ｉ本人簽名：每ｆ導(dǎo)師簽名：１ｐ＼ｔ＾１：：日期１日期１ 摘要摘要論文根據(jù)相關(guān)科研項(xiàng)目進(jìn)行選題，主要研究?jī)?nèi)容分為兩個(gè)部分。第一部分為彈載小型化寬波束雙極化天線設(shè)計(jì)；第二部分為寬帶全向水平極化天線陣研制。論文的主要研究?jī)?nèi)容可概述如下：一、彈載小型化寬波束雙極化天線設(shè)計(jì)論文結(jié)合科研項(xiàng)目進(jìn)行選題研究，設(shè)計(jì)了應(yīng)用在彈載環(huán)境下的小型化寬波束雙極化天線，包含S/C頻段和X頻段天線。根據(jù)雙極化、小型化、寬波束、寬頻帶和復(fù)雜安裝環(huán)境（頂部覆蓋有多層介質(zhì)材料的金屬腔體）的要求，進(jìn)行了難點(diǎn)分析，給出了相應(yīng)的解決方案。在本研究中采用U形微帶耦合饋電的十字縫隙作為基本形式，并且設(shè)計(jì)了天線載體結(jié)構(gòu)以削弱金屬腔體的影響。同時(shí)優(yōu)化了天線布局，在此基礎(chǔ)上采用HFSS13.0進(jìn)行了仿真分析。仿真結(jié)果顯示，天線整體安裝尺寸90.5mm×75.5mm×30.7mm，滿足尺寸要求。帶寬內(nèi)工作方式為雙極化輻射，VSWR2.5?，滿足設(shè)計(jì)要求，為后續(xù)工作奠定了基礎(chǔ)。二、寬帶全向水平極化天線陣研制本設(shè)計(jì)中介紹了一種具有寬帶特性的全向水平極化天線陣列。天線由包含4個(gè)扇形雙偶極子結(jié)構(gòu)的圓形陣列、一分四功率分配網(wǎng)絡(luò)、四個(gè)反射器和十二個(gè)引向器組成。扇形雙偶極子結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了寬帶特性。引向器提高了天線增益，同時(shí)優(yōu)化了水平面的增益變化。此外，反射器提高了中間頻帶的增益?；谶@種方法加工了天線實(shí)物并進(jìn)行了測(cè)量，天線的整體尺寸是0.66λL×0.66λL×0.01λL（λL是最低工作頻率對(duì)應(yīng)自由空間波長(zhǎng)）。天線的相對(duì)阻抗帶寬是98.3%(1.245-3.652GHz)。在1.245-3.519GHz(95.5%)頻帶內(nèi)，天線在水平面增益變化小于3dB。在阻抗帶寬內(nèi)，天線在水平面的交叉極化與主極化比低于-20dB。關(guān)鍵詞：小型化，雙極化，復(fù)雜安裝環(huán)境，全向水平極化，雙偶極子I ABSTRACTABSTRACTTheresearchworksaremadeonthebasisofscientificresearchprojects.Andthemajorresearchcanbedividedintotwoparts:Thefirstpartisthedesignofaminiaturewide-beamdual-polarizedmissile-borneantenna.Andthesecondpartmainlyfocusesonthedesignprocessofabroadbandhorizontallypolarizedomni-directionalprintedantennaarray.Themaincontextsofthedissertationareoutlinedasfollows:1.Designofthewide-beamdual-polarizedmissile-borneantenna.Thedissertationcombinesscientificresearchprojectstoconductresearchontopicselectionanddesignsaminiaturizedwide-beamdual-polarizedantennaforuseinamissile-borneenvironment,includingS/CbandandX-bandantennas.Accordingtotherequirementsofdualpolarization,miniaturization,widebeam,widefrequencyband,andcomplexinstallationenvironment(metalcavitywithmulti-layerdielectricmaterialcoveringthetop),difficultiesareanalyzedandcorrespondingsolutionsaregiven.Inthisstudy,thecrossslotfedbyU-shapedmicrostripcoupledfeedisusedasthebasicform,andtheantennacarrierstructureisdesignedtoweakentheimpactofthemetalcavity.Atthesametime,theantennalayoutisoptimized.Onthisbasis,thesimulationanalysisisperformedusingHFSS13.0.Thesimulationresultsshowthattheoverallinstallationsizeoftheantennais90.5mm×75.5mm×30.7mm,whichmeetsthesizerequirements.Theworkingmodeinthebandwidthisdual-polarizedradiation，VSWR≤2.5,whichsatisfiesthedesignrequirementsandlaysthefoundationforsubsequentwork.2.Designofabroadbandhorizontallypolarizedomni-directionalprintedantennaarray.Ahorizontallypolarized(HP)omni-directionalantennaarraywithabroadbandcharacteristicispresented.Theproposedantennaconsistsofacirculararraybasedonfourplanararcdual-dipolestructures,awideband1-to-4feedingnetworkwithbaluns,fourreflectorsandtwelvedirectors.Thearcdual-dipoleswithfouretchedslotsareintroducedtoobtainthebroadbandcharacteristic.Andbyusingtwelvedirectorsinthefrontofthedipoles,thegainvariationinthehorizontalplaneisimproved.Inaddition,thereflectorelementsareabletoimprovethegainforthemiddlefrequencyband.Withtheconcept,theIII 西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文prototypeantennawithanoverallsizeof0.66λL×0.66λL×0.01λL(λListhefree-spacewavelengthatthelowestfrequency)isfabricatedandmeasured.Thedesignedantennaexhibitsarelativeimpedancebandwidthof98.3%(1.245-3.652GHz)for|S11|<-10dB.TheHPomni-directionalpatternsprovideagainvariationlessthan3.0dBoverthefrequencyband1.245-3.519GHz(95.5%).Withintheimpedancebandwidth,thecross-polarizationlevelislowerthan-20dBinthehorizontalplane.Keywords:Miniature,Dual-polarized,ComplexInstallationEnvironment,HorizontallyPolarizedOmni-directional,Dual-dipoleIV 插圖索引插圖索引圖1.1新型雙極化天線.....................................................................................................2圖1.2雙極化縫隙天線.....................................................................................................3圖1.3寬帶雙極化天線.....................................................................................................3圖1.4高增益全向水平極化天線陣列.............................................................................5圖1.5水平極化全向天線.................................................................................................5圖1.6高增益全向水平極化天線陣列.............................................................................6圖2.1橢圓極化...............................................................................................................11圖2.2矩形貼片微帶天線...............................................................................................13圖2.3側(cè)饋與底饋示意圖...............................................................................................13圖2.4單個(gè)等效縫隙示意圖...........................................................................................14圖2.5微帶天線等效傳輸線...........................................................................................16圖2.6空腔模型幾何坐標(biāo)關(guān)系.......................................................................................18圖2.7微帶-槽線轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)..............................................................................................20圖2.8微帶-槽線轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)等效傳輸線模型..................................................................20圖2.9微帶-槽線轉(zhuǎn)換簡(jiǎn)化電路......................................................................................21圖2.10寬帶巴倫饋電偶極子...........................................................................................22圖3.1天線整體仿真模型...............................................................................................27圖3.2天線整體仿真模型俯視圖...................................................................................28圖3.3天線結(jié)構(gòu)尺寸.......................................................................................................28圖3.4S/C頻段天線結(jié)構(gòu)展開(kāi)示意圖............................................................................29圖3.5X波段天線結(jié)構(gòu)展開(kāi)示意圖...............................................................................30圖3.6天線整體仿真模型...............................................................................................31圖3.7天線整體仿真模型俯視圖...................................................................................32圖3.8天線結(jié)構(gòu)尺寸.......................................................................................................32圖3.9S/C波段天線結(jié)構(gòu)展開(kāi)示意圖............................................................................33圖3.10X波段天線結(jié)構(gòu)展開(kāi)示意圖................................................................................34圖3.11天線整體仿真模型...............................................................................................35圖3.12天線整體仿真模型俯視圖...................................................................................36圖3.13天線仿真模型.......................................................................................................36圖3.14S/C波段天線結(jié)構(gòu)展開(kāi)示意圖.............................................................................37圖3.15X波段天線結(jié)構(gòu)展開(kāi)示意圖................................................................................38V 西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文圖3.16S/C波段天線VSWR隨頻率變化曲線...............................................................43圖3.17天線φ（phi）=15°平面的方向圖（f=f01）......................................................44圖3.18天線φ（phi）=105°平面的方向圖（f=f01）....................................................44圖3.19S/C波段天線三維仿真結(jié)果（f=f01）.................................................................45圖3.20S/C波段天線的俯仰面（XOZ）的方向圖（f=f01）........................................45圖3.21S/C波段天線的俯仰面（YOZ）的方向圖（f=f01）........................................46圖3.22天線φ（phi）=15°平面的方向圖（f=f21）........................................................46圖3.23天線φ（phi）=105°平面的方向圖（f=f21）.....................................................47圖3.24S/C波段天線三維仿真結(jié)果（f=f21）.................................................................47圖3.25S/C波段天線的俯仰面（XOZ）的方向圖（f=f21）.........................................48圖3.26S/C波段天線的俯仰面（YOZ）的方向圖（f=f21）........................................48圖3.27天線φ（phi）=15°平面的方向圖（f=f41）......................................................49圖3.28天線φ（phi）=105°平面的方向圖（f=f41）....................................................49圖3.29S/C波段天線三維仿真結(jié)果（f=f41）.................................................................50圖3.30S/C波段天線的俯仰面（XOZ）的方向圖（f=f41）........................................50圖3.31S/C波段天線的俯仰面（YOZ）的方向圖（f=f41）........................................51圖3.32天線φ（phi）=15°平面的方向圖（f=f61）......................................................51圖3.33天線φ（phi）=105°平面的方向圖（f=f61）....................................................52圖3.34S/C波段天線三維仿真結(jié)果（f=f61）.................................................................52圖3.35S/C波段天線的俯仰面（XOZ）的方向圖（f=f61）........................................53圖3.36S/C波段天線的俯仰面（YOZ）的方向圖（f=f61）........................................53圖3.37X波段天線VSWR隨頻率變化曲線..................................................................54圖3.38天線φ（phi）=150°平面的方向圖（f=fL2）.....................................................55圖3.39天線φ（phi）=240°平面的方向圖（f=fL2）....................................................56圖3.40S/C波段天線三維仿真結(jié)果（f=fL2）................................................................56圖3.41S/C波段天線的俯仰面（XOZ）的方向圖（f=fL2）........................................56圖3.42S/C波段天線的俯仰面（YOZ）的方向圖（f=fL2）........................................57圖3.43天線φ（phi）=150°平面的方向圖（f=f12）....................................................57圖3.44天線φ（phi）=240°平面的方向圖（f=f12）....................................................58圖3.45S/C波段天線三維仿真結(jié)果（f=f12）.................................................................58圖3.46S/C波段天線的俯仰面（XOZ）的方向圖（f=f12）........................................59圖3.47S/C波段天線的俯仰面（YOZ）的方向圖（f=f12）........................................59圖3.48天線φ（phi）=45°平面的方向圖（f=fH2）......................................................60圖3.49天線φ（phi）=240°平面的方向圖（f=fH2）....................................................60VI 插圖索引圖3.50S/C波段天線三維仿真結(jié)果（f=fH2）................................................................61圖3.51S/C波段天線的俯仰面（XOZ）的方向圖（f=fH2）........................................61圖3.52S/C波段天線的俯仰面（YOZ）的方向圖（f=fH2）........................................62圖4.1陣列單元...............................................................................................................66圖4.2饋電網(wǎng)絡(luò)...............................................................................................................67圖4.3F=2.0GHz處電流分布........................................................................................68圖4.4引向器對(duì)增益和不圓度的影響曲線...................................................................68圖4.5引向器對(duì)輸入阻抗和|S11|的影響曲線.................................................................69圖4.6反射器對(duì)天線增益影響曲線...............................................................................69圖4.7天線仿真模型.......................................................................................................70圖4.8|S11|變化曲線.........................................................................................................71圖4.9增益相對(duì)頻率關(guān)系...............................................................................................72圖4.101.3GHz立體方向圖仿真結(jié)果..............................................................................73圖4.111.3GHz處XOZ面方向圖....................................................................................73圖4.121.3GHz處XOY面方向圖...................................................................................74圖4.132.3GHz立體方向圖仿真結(jié)果..............................................................................74圖4.142.3GHz處XOZ面方向圖...................................................................................75圖4.152.3GHz處XOY面方向圖...................................................................................75圖4.163.3GHz立體方向圖仿真結(jié)果..............................................................................76圖4.173.3處GHzXOZ面方向圖...................................................................................76圖4.183.3GHz處XOY面方向圖...................................................................................77圖4.19不同θ2,θ3弧度下|S11|變化曲線.........................................................................77圖4.20不同R9長(zhǎng)度下|S11|隨頻率變化曲線...................................................................78圖4.21不同弧度θ6下|S11|變化曲線和增益曲線...........................................................78圖4.22寬帶全向水平極化天線實(shí)驗(yàn)樣機(jī).......................................................................80圖4.23天線增益測(cè)試原理框圖.......................................................................................81圖4.24|S11|變化曲線..........................................................................................................81圖4.25天線平面方向圖測(cè)試結(jié)果...................................................................................82圖4.26仿真增益與實(shí)測(cè)增益...........................................................................................83VII 表格索引表格索引表3.1單個(gè)S/C波段天線性能對(duì)照表...........................................................................39表3.2單個(gè)X波段天線性能對(duì)照表..............................................................................40表3.3S/C波段天線增益對(duì)比表....................................................................................40表3.4X波段天線增益對(duì)比表.......................................................................................41表3.5單個(gè)S/C波段天線性能對(duì)照表...........................................................................42表3.6單個(gè)X波段天線性能對(duì)照表..............................................................................42表3.7S/C波段天線增益對(duì)比表....................................................................................54表3.8X波段天線增益表...............................................................................................62表3.9單個(gè)S/C波段天線性能對(duì)照表...........................................................................63表3.10單個(gè)X波段天線性能對(duì)照表..............................................................................63表4.1天線結(jié)構(gòu)尺寸表...................................................................................................71表4.2各頻點(diǎn)|S11|仿真數(shù)值...........................................................................................72表4.3各頻點(diǎn)增益數(shù)值...................................................................................................72表4.4寬帶全向水平極化天線性能對(duì)照表...................................................................79表4.5寬帶全向水平極化天線性能對(duì)照表...................................................................83表4.6寬帶全向水平極化天線性能對(duì)照表...................................................................84IX 符號(hào)對(duì)照表符號(hào)對(duì)照表符號(hào)符號(hào)名稱E電場(chǎng)強(qiáng)度H磁場(chǎng)強(qiáng)度f(wàn)頻率J面磁流密度mA矢量磁位?傳播常數(shù)?哈密頓算子k自由空間相移常數(shù)?電磁波的波長(zhǎng)Y0特性導(dǎo)納Yin輸入導(dǎo)納G電導(dǎo)B電納?有效介電常數(shù)e?相對(duì)介電常數(shù)rμ磁導(dǎo)率w角頻率Z0特性阻抗XI 縮略語(yǔ)對(duì)照表縮略語(yǔ)對(duì)照表縮略語(yǔ)英文全稱中文對(duì)照HFSSHighFrequencyStructure高頻結(jié)構(gòu)仿真器SimulatorARAxialRatio軸比VSWRVoltageStandingWave電壓駐波比RatioRHCPRight-handCircular右旋圓極化PolarizationPMCPerfectMagnetic理想磁導(dǎo)體ConductorWiFiWirelessFidelity無(wú)線保真DCS1800DigitalCellularSystemat1800MHz數(shù)字蜂窩系統(tǒng)1800MHz4GThe4thGenerationMobile第四代移動(dòng)通信技術(shù)CommunicationTechnologyXIII 目錄目錄摘要........................................................................................................................................IABSTRACT........................................................................................................................III插圖索引..............................................................................................................................V表格索引.............................................................................................................................IX符號(hào)對(duì)照表.........................................................................................................................XI縮略語(yǔ)對(duì)照表..................................................................................................................XIII第一章緒論......................................................................................................................11.1彈載雙極化天線和寬帶全向水平極化天線含義..............................................11.1.1彈載雙極化天線含義...............................................................................11.1.2寬帶全向水平極化天線含義...................................................................11.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀..................................................................................................21.2.1彈載雙極化天線.......................................................................................21.2.2寬帶全向水平極化天線...........................................................................41.3選題背景和意義..................................................................................................61.3.1彈載小型雙極化天線...............................................................................61.3.2寬帶全向水平極化天線...........................................................................61.4主要成果和內(nèi)容安排..........................................................................................7第二章相關(guān)理論..............................................................................................................92.1引言......................................................................................................................92.2天線電參數(shù)..........................................................................................................92.2.1天線增益...................................................................................................92.2.2天線帶寬.................................................................................................102.2.3天線極化.................................................................................................102.3微帶天線基本理論............................................................................................122.3.1微帶天線結(jié)構(gòu)及特點(diǎn).............................................................................122.3.2微帶天線分析方法簡(jiǎn)介.........................................................................132.4縫隙耦合饋電基本原理....................................................................................192.5寬帶巴倫基本原理............................................................................................22第三章彈載小型化寬波束雙極化天線設(shè)計(jì)................................................................253.1引言....................................................................................................................253.2天線的指標(biāo)要求................................................................................................25XV 西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文3.3天線設(shè)計(jì)難點(diǎn)分析...........................................................................................253.4天線設(shè)計(jì)方案選擇...........................................................................................263.4.1技術(shù)難點(diǎn)解決途徑分析.........................................................................263.4.2天線采用設(shè)計(jì)方案.................................................................................273.5S/C/X波段弾載雙極化天線仿真結(jié)果............................................................393.5.1第一階段天線仿真結(jié)果.........................................................................393.5.2第二階段天線仿真結(jié)果.........................................................................403.5.3第三階段天線仿真結(jié)果.........................................................................433.6天線設(shè)計(jì)結(jié)論...................................................................................................62第四章寬帶全向水平極化天線...................................................................................654.1引言...................................................................................................................654.2天線的技術(shù)指標(biāo)...............................................................................................654.3天線設(shè)計(jì)難點(diǎn)分析...........................................................................................654.4天線設(shè)計(jì)方案選擇...........................................................................................664.4.1低剖面的實(shí)現(xiàn)方式.................................................................................664.4.2饋電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).................................................................................674.4.3增益改善.................................................................................................674.5寬帶全向水平極化天線仿真分析...................................................................694.5.1仿真分析模型.........................................................................................704.5.2仿真計(jì)算條件.........................................................................................714.5.3仿真分析結(jié)果.........................................................................................714.5.4仿真參數(shù)分析.........................................................................................774.5.5仿真設(shè)計(jì)結(jié)論.........................................................................................794.6實(shí)物及測(cè)試.......................................................................................................794.6.1阻抗特性測(cè)試原理.................................................................................804.6.2增益測(cè)試原理.........................................................................................804.6.3實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果.........................................................................................814.6.4測(cè)試結(jié)論.................................................................................................834.7研究結(jié)論...........................................................................................................84第五章結(jié)束語(yǔ)...............................................................................................................855.1研究成果...........................................................................................................855.2需進(jìn)一步解決問(wèn)題...........................................................................................85參考文獻(xiàn).............................................................................................................................87作者簡(jiǎn)介.............................................................................................................................93XVI 第一章緒論第一章緒論摘要：本章主要說(shuō)明了彈載小型化寬波束雙極化天線和寬帶全向水平極化天線的相關(guān)含義概念，近階段國(guó)際國(guó)內(nèi)的最新發(fā)展介紹，以及所研究主題的背景和研究意義。最后為本文所研究?jī)?nèi)容的成果和全文結(jié)構(gòu)安排。1.1彈載雙極化天線和寬帶全向水平極化天線含義1.1.1彈載雙極化天線含義彈載天線是指安裝于炮彈、導(dǎo)彈等彈體平臺(tái)上的天線。其功能為負(fù)責(zé)電磁信號(hào)的接收與發(fā)送，通常用于通信、導(dǎo)航、干擾等領(lǐng)域。彈載天線的工作平臺(tái)相對(duì)其他天線較為特殊，而作為平臺(tái)的彈體本身也是天線結(jié)構(gòu)中的“地”，對(duì)天線電性能有著重要影響。彈體平臺(tái)影響天線性能的三個(gè)重要因素為：（1）尺寸參數(shù)（2）結(jié)構(gòu)布局（3）天線和彈體的位置關(guān)系[1]。反之，天線也會(huì)影響彈體的空氣動(dòng)力學(xué)性能，所以在設(shè)計(jì)彈體結(jié)構(gòu)的同時(shí)也必須將彈載天線結(jié)構(gòu)的影響作為考慮因素之一[2]。由于彈載天線工作載體的特殊性，因此天線要同時(shí)滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、特定性能指標(biāo)、氣壓、溫度、濕度等的要求[3]。雙極化天線，就是具有輻射或接收兩種極化方式電磁波性能的天線，通常而言此兩種極化方式具有正交特性，同時(shí)通過(guò)天線的理論可以知道，兩個(gè)具有正交特性的極化波之間互不干擾。為了順應(yīng)軍事設(shè)備的不斷發(fā)展，對(duì)雙極化天線的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、頻率范圍、波束覆蓋等提出了新的更高的要求，并且彈載系統(tǒng)上安裝的各種通信設(shè)備較多，天線所占空間日益受限，此時(shí)小型化對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的小型發(fā)展顯得尤為重要。1.1.2寬帶全向水平極化天線含義天線作為一種無(wú)線電波收發(fā)裝置，通常情況下其輻射的能量隨位置變化而不同。全向天線在水平方向上能量不隨方向變化而呈現(xiàn)出平均分布的模式，在正交方向上的能量分布情況則隨位置變化而不同，且一般情況下波瓣寬度與增益變化相反。正因?yàn)槠湓谒椒较蛏系木鶆蜉椛涮匦裕蛱炀€一般安裝在所需要信號(hào)覆蓋范圍的中央位置。當(dāng)全向天線傳輸波的電場(chǎng)矢量時(shí)變規(guī)律與形式滿足線極化條件，且方向上與地面平行，稱其為全向水平極化天線。在此基礎(chǔ)上，當(dāng)其同時(shí)符合工作方式寬頻率范圍的要求時(shí)，則為寬帶全向水平極化天線。在極化分集技術(shù)中，信號(hào)接收端或發(fā)射端同時(shí)安裝一個(gè)水平極化天線和一個(gè)垂直極化天線，利用信號(hào)的正交性可以實(shí)現(xiàn)抗衰落性能，提高通信鏈路的抗干擾能力[4]。例如在多輸入多輸出系統(tǒng)中，極化分集技術(shù)被研1 西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文究用于替換空間分集，因?yàn)榭臻g分集技術(shù)要求兩個(gè)接收天線距離至少十個(gè)波長(zhǎng)[5]。同時(shí)在干擾系統(tǒng)、WiFi、藍(lán)牙和電視信號(hào)接收設(shè)備等領(lǐng)域中水平極化全向天線也有著廣泛使用。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀根據(jù)以上論述，本節(jié)將闡述彈載雙極化天線以及寬帶全向水平極化天線的研究現(xiàn)狀，并指出這兩類天線尚未解決的問(wèn)題。1.2.1彈載雙極化天線1.雙極化天線研究現(xiàn)狀雙極化天線能夠分別發(fā)射兩個(gè)極化正交的電磁波，有效降低多徑衰落，同時(shí)增加信道容量，并且雙極化天線可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)極化形式之間的快速切換；除此之外可以通過(guò)對(duì)雙極化天線的雙饋電點(diǎn)采用等幅90°相位差饋電的方法，使天線沿傳播方向上傳輸圓極化波。國(guó)際國(guó)內(nèi)對(duì)此種工作方式的天線做出了大量的研究工作：2013年，QuanXue等人將磁偶極子作為基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了多端口饋電的雙極化天線，具有很低的交叉極化，阻抗帶寬為68%（0.95GHz-1.92GHz），端口隔離度大于36dB[6]。2014年，ZengdiBao等人利用強(qiáng)耦合原理設(shè)計(jì)了新型雙極化天線，如圖1.1所示。它的組成結(jié)構(gòu)包含兩個(gè)空間位置垂直的變形偶極子和一個(gè)反射地板，其中變形偶極子的單臂結(jié)構(gòu)為方形環(huán)，單臂結(jié)構(gòu)之間的強(qiáng)耦合作用使得天線的阻抗匹配范圍得以擴(kuò)展，天線駐波系數(shù)不大于1.5（1.63GHz-2.95GHz），其|S12|大于31dB，并且具有簡(jiǎn)單緊湊的結(jié)構(gòu)，可以直接利用同軸線饋電而不需要外加變換結(jié)構(gòu)[7]。圖1.1新型雙極化天線2016年，Sai-WaiWong等人利用“U”形微帶線對(duì)十字縫隙饋電的方式實(shí)現(xiàn)了雙極化輻射，添加的反射器提高了天線的增益，同時(shí)將輻射縫隙和反射器用短路針連接2 第一章緒論降低了反射系數(shù)，提高了天線的帶寬到70%（1.32GHz-2.75GHz），經(jīng)過(guò)優(yōu)化使帶寬內(nèi)具有了穩(wěn)定的輻射方向圖[8]，其結(jié)構(gòu)如圖1.2所示。圖1.2雙極化縫隙天線2016年，HeHuang等人設(shè)計(jì)了一種新型雙帶雙極化天線，其組成包括較低頻帶單元和較高頻帶單元，低頻單元由四個(gè)折疊偶極子構(gòu)成，高頻單元由兩個(gè)交叉偶極子組成，在低頻單元和高頻單元中間放置了金屬擋板以降低耦合影響強(qiáng)化天線的輻射性能，低頻帶寬為23.5%（0.79GHz-1GHz），H面的半功率波束寬度為69°，高頻帶寬為50.9%（1.64GHz-2.76GHz），H面的半功率波束寬度為73°，工作頻帶覆蓋了2G/3G/LTE頻段[9]；Ding-LingWen等人利用四個(gè)折疊偶極子設(shè)計(jì)了一種平面±45°雙極化天線，采用共面帶狀線進(jìn)行阻抗變換，兩個(gè)Y形饋線用于調(diào)節(jié)阻抗匹配，使用平面反射器使天線具有穩(wěn)定的方向圖，同時(shí)天線有較低的交叉極化，然而其阻抗帶寬較窄為27.8%（1.7GHz-2.25GHz），可用于2G/3G通信基站的組成[10]。2017年，Ding-LiangWen等人設(shè)計(jì)了新的多端口饋電的雙極化天線，包含交叉形的饋電結(jié)構(gòu)和四個(gè)寄生環(huán)單元，矩形孔徑反射器使其具有穩(wěn)定的增益（≈8dB）和輻射方向圖（半功率波束寬度為65°±5°），優(yōu)化后的VSWR<1.5的工作帶寬為52%（1.7GHz-2.9GHz），其|S[11]12|不大于-26.3dB，此外，此天線具有簡(jiǎn)單的平面結(jié)構(gòu)，如圖1.3所示。圖1.3寬帶雙極化天線3 西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文2018年KaiSun設(shè)計(jì)了一種新型四端口饋電的雙極化天線，主輻射器是由四個(gè)階梯型分支組成的環(huán)形結(jié)構(gòu)，阻抗帶寬為70%（1.5GHz-3.1GHz），端口隔離度不低于35dB，增益在7.2dB和9.5dB之間，輻射特性穩(wěn)定[12]。2.需進(jìn)一步解決問(wèn)題綜合上述國(guó)內(nèi)外對(duì)同類型天線的研究我們不難看到，前人已經(jīng)對(duì)雙極化、寬帶、寬波束、小型化等天線的特性做了大量的研究工作。但隨著軍事技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)天線的剖面、增益、頻帶要求不斷提高，尤其對(duì)天線在特殊工作環(huán)境下工作性能有更高的要求。但是在保證天線寬波束低剖面的基礎(chǔ)上，如何實(shí)現(xiàn)天線的超寬帶性能和符合特定場(chǎng)合的結(jié)構(gòu)，在公開(kāi)的報(bào)道中我們還很少見(jiàn)到。普通的錐削縫隙天線和印刷偶極子天線雖然能實(shí)現(xiàn)寬帶寬波束的特性，但是錐削縫隙天線在輻射方向上剖面過(guò)高，而印刷偶極子天線的輻射方向?yàn)殡p向；口徑面天線如喇叭天線等因?yàn)槠溲仉姶挪▊鞑シ较虻某叽邕^(guò)大，不便于在彈載系統(tǒng)上應(yīng)用。本文針對(duì)彈載雙極化天線的新要求，主要研究了如何在天線安裝在復(fù)雜工作環(huán)境的情況下，實(shí)現(xiàn)低剖面、寬波束、寬頻帶以及小型化的要求。1.2.2寬帶全向水平極化天線（1）研究現(xiàn)狀眾所周知，全向水平極化天線的傳統(tǒng)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)方式是小環(huán)天線，然而，由于小環(huán)天線的小電阻和大電抗特性使其阻抗匹配成為了一個(gè)難點(diǎn)。因此，在同時(shí)考慮到阻抗匹配和全向輻射特性的基礎(chǔ)上，2006年，C.-C.Lin等研究設(shè)計(jì)了一種新型的Alford型環(huán)天線（帶寬為3.4%）[13]，其在H面的能量均勻輻射。2009年，Chi-HyungAhn等利用翼形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了一種雙頻去全向水平極化天線（帶寬約為10%）[14]，并且不需要外加阻抗匹配電路，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。這兩種方式的缺點(diǎn)是工作頻率范圍較窄。2014年，Cheng-YuanChin等將旋轉(zhuǎn)電場(chǎng)理念與傳統(tǒng)縫隙偶極子結(jié)合，利用共面波導(dǎo)進(jìn)行饋電，實(shí)現(xiàn)了全向水平極化輻射方向圖，增益為2.5-3.4dB，工作帶寬為15.4%（2.4GHz-2.8GHz）[15]，帶寬內(nèi)測(cè)試的輻射效率大于73%。2014年，BoWang等研究設(shè)計(jì)了一種高增益寬帶全向水平極化天線，天線陣列包含四個(gè)單元以及一個(gè)圓形四路功分器，每個(gè)單元包含四對(duì)扇形偶極子以及寬帶巴倫，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示其獲得了39.4%的工作帶寬（1.62GHz-2.43GHz），工作帶寬內(nèi)峰值增益為6.4-7.2dB，輻射效率為88%，然而其剖面高達(dá)390mm[16]，如圖1.4所示。4 第一章緒論圖1.4高增益全向水平極化天線陣列圖1.5水平極化全向天線此外，一些新的技術(shù)被采用，例如在2015年，XiaoyanZhang等設(shè)計(jì)的全向水平極化天線包含四對(duì)偶極子，每對(duì)偶極子的兩臂分別印刷在介質(zhì)板材的正面和反面，通過(guò)微帶平行線達(dá)到了從同軸饋線到天線的平衡轉(zhuǎn)換目的，同時(shí)外加了一個(gè)反射器，天線的工作帶寬為39.6%（1.82GHz-2.72GHz）[17]，如圖1.5所示。2016年，LeiZhou等設(shè)計(jì)討論了三種天線陣列，分別包含3、4、5個(gè)陣列單元偶極子，饋電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且容易匹配到偶極子單元，同時(shí)采用了交叉結(jié)構(gòu)降低了交叉極化，三種天線陣列均工作在1.7–2.7GHz，覆蓋了DCS1800,WiFi2700and4G-LTE頻段，帶寬內(nèi)反射系數(shù)低于-15dB[18]；ShileiZhang等設(shè)計(jì)了一種新型結(jié)構(gòu)，天線包含四個(gè)陣列單元偶極子，偶極子的一臂采取耦合結(jié)構(gòu)，饋電結(jié)構(gòu)加入了方形微擾，工作帶寬為51%（1.6GHz-2.72GHz）[19]。為了進(jìn)一步展寬帶寬，XiuzhangCai等利用平面折疊偶極子組成方形天線陣列，并且設(shè)計(jì)了一種帶有巴倫寬帶饋電網(wǎng)絡(luò)，折疊偶極子的結(jié)構(gòu)使其在較小的尺寸內(nèi)實(shí)現(xiàn)了寬帶運(yùn)行，測(cè)量的阻抗帶寬達(dá)到了53.2%（1.19GHz-2GHz），在1.2GHz-1.9GHz內(nèi)方位面方向圖不圓度小于2dB，2GHz時(shí)增加到2.8dB，帶寬內(nèi)具有穩(wěn)定的峰值增益約為1.2dB，極化純度大于20dB，然而其缺點(diǎn)是剖面高達(dá)26.7mm[20]。圖1.6高增益全向水平極化天線陣列5 西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文ZeDongWang等采用互耦的方法設(shè)計(jì)了一種天線陣列，陣列單元為扇形印刷偶極子，同時(shí)包含寬帶的饋電網(wǎng)絡(luò)、扇形寄生器、引向單元，由于強(qiáng)烈的耦合作用和阻抗匹配層，引向單元用于提高水平面的增益，結(jié)果表明其獲得了70.2%（1.7GHz-3.54GHz）的阻抗帶寬和較好的全向輻射特性，其中在1.7GHz-3.2GHz范圍區(qū)間的方向圖不圓度≤1.2dB，其缺點(diǎn)是尺寸較大為0.85λL×0.85λL×0.01λL（λL為最低工作頻率對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)）[21]，如圖1.6所示。（2）需進(jìn)一步解決問(wèn)題通過(guò)上述對(duì)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀的討論，可以發(fā)現(xiàn)從初始的小環(huán)天線，再到Alford型環(huán)天線以及后續(xù)對(duì)Alford天線的改進(jìn)和優(yōu)化，再到以偶極子為基礎(chǔ)的天線陣列，人們做了大量的工作但是其中不乏一些缺點(diǎn)，例如帶寬窄、剖面高等。通過(guò)以上對(duì)比和討論可以看到，如何在不犧牲天線帶寬的情況下減小天線尺寸，如何展寬天線帶寬以滿足更寬頻帶的通信需要以及如何提高天線增益等有待進(jìn)一步解決。同時(shí)在可能的情況下盡量簡(jiǎn)化天線的結(jié)構(gòu)也是未來(lái)需要解決的一個(gè)方向。1.3選題背景和意義1.3.1彈載小型雙極化天線隨著電子對(duì)抗重要性的凸顯，如何提高導(dǎo)彈系統(tǒng)的抗干擾能力愈發(fā)引起軍事領(lǐng)域的重視，而天線作為導(dǎo)彈系統(tǒng)的電磁波信號(hào)收發(fā)前端裝置其性能對(duì)抗干擾能力起到至關(guān)重要的作用，因此如何提高天線的抗干擾能力成為解決問(wèn)題的關(guān)鍵。而雙極化天線能夠分別發(fā)射極化正交的電磁波，并且雙極化天線可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)極化形式之間的快速切換，從而提高抗干擾能力，同時(shí)可以抵抗雨霧反射等信號(hào)干擾。因此，雙極化天線在彈載系統(tǒng)中的作用以及用途越來(lái)越廣泛。同時(shí)國(guó)際國(guó)內(nèi)對(duì)如何提高彈載雙極化天線的工作性能已經(jīng)做了很多研究：（1）實(shí)現(xiàn)天線的寬頻帶，能使天線在較寬的工作頻段內(nèi)都能正常工作，以便靈活地切換天線的工作頻率；（2）實(shí)現(xiàn)天線的寬波束，能使天線有效信號(hào)的覆蓋范圍更大，有效抑制來(lái)自不同方向的干擾信號(hào)；（3）天線的小型化將使其占用更小載體平臺(tái)的空間以滿足特定要求。而對(duì)于天線安裝在頂部覆蓋有多層介質(zhì)的金屬腔體內(nèi)的情況，相關(guān)研究涉及很少。1.3.2寬帶全向水平極化天線通常，全向天線由于其信號(hào)覆蓋范圍為360o全角度覆蓋，因此其在無(wú)線通信系統(tǒng)中具有重要位置。此外，水平極化天線通常用于極化分集系統(tǒng)中用于提高通信鏈的6 第一章緒論可靠性[22]，而天線的帶寬又直接決定著通信數(shù)據(jù)率[23]，為了滿足高數(shù)據(jù)率和多頻帶通信的需要，通信系統(tǒng)的天線帶寬需要進(jìn)一步增加[24]。同時(shí)，水平極化天線（收/發(fā)）比垂直極化天線（收/發(fā)）的收/發(fā)功率多出10dB[25][26]，可以更加有效地增加通信范圍。綜上，研究設(shè)計(jì)寬帶全向水平極化天線有著現(xiàn)實(shí)的價(jià)值與深刻的意義。1.4主要成果和內(nèi)容安排通過(guò)本章中關(guān)于彈載小型雙極化天線以及寬帶全向水平極化天線含義及相關(guān)研究現(xiàn)狀的論述，針對(duì)彈載雙極化天線以及寬帶全向水平極化天線目前仍需要克服的難點(diǎn)，本文的主要內(nèi)容將分成以下兩部分進(jìn)行闡述。第一部分，討論了彈載小型雙極化天線的工程應(yīng)用與研究背景，設(shè)計(jì)了基于十字縫隙耦合饋電結(jié)構(gòu)的天線，使其既滿足雙極化的要求，又能通過(guò)調(diào)整激勵(lì)源使其輻射圓極化波。同時(shí)在具體工程應(yīng)用要求下按照三個(gè)階段進(jìn)行了相關(guān)內(nèi)容的闡述。詳細(xì)說(shuō)明了相關(guān)技術(shù)指標(biāo)、設(shè)計(jì)難點(diǎn)以及解決方案，對(duì)所設(shè)計(jì)天線進(jìn)行了仿真分析，給出了各個(gè)階段的仿真設(shè)計(jì)結(jié)果，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比與分析，為后續(xù)工作奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。第二部分，以寬帶全向水平極化天線為應(yīng)用背景，設(shè)計(jì)了一個(gè)寬帶全向水平極化天線并以及與之匹配的寬帶饋電網(wǎng)絡(luò)。論文詳細(xì)闡述了設(shè)計(jì)難點(diǎn)、設(shè)計(jì)步驟與方案，并給出了仿真優(yōu)化后的結(jié)果，其結(jié)果表明所設(shè)計(jì)天線陣列能在較小的尺寸內(nèi)實(shí)現(xiàn)寬帶全向水平極化的輻射特性，具有工程應(yīng)用價(jià)值。并依據(jù)仿真優(yōu)化的參數(shù)加工了實(shí)物樣機(jī)，在滿足條件下實(shí)際測(cè)量了相關(guān)電參數(shù)，測(cè)試數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)匹配良好。同時(shí)在期刊ProgressInElectromagneticsResearchC上發(fā)表了一篇EI論文（已發(fā)表）本文各章節(jié)內(nèi)容安排如下：第一章緒論。簡(jiǎn)要介紹了彈載小型雙極化天線和寬帶全向水平極化天線的含義以及目前的研究動(dòng)態(tài)；明確了本文所研究?jī)?nèi)容的意義，并說(shuō)明了全文內(nèi)容的結(jié)構(gòu)安排。第二章相關(guān)理論基礎(chǔ)。對(duì)所研究?jī)?nèi)容涉及到的相關(guān)理論進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹。主要包括：（1）基本電參數(shù)的定義（2）微帶天線的相關(guān)理論（3）縫隙耦合饋電結(jié)構(gòu)的工作原理（4）寬帶巴倫的理論基礎(chǔ)。第三章彈載小型雙極化天線設(shè)計(jì)。根據(jù)彈載系統(tǒng)對(duì)天線的要求和實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，在查閱文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上提出了解決方案。提出了一種耦合饋電、縫隙輻射的設(shè)計(jì)方法，并在前人基礎(chǔ)上改進(jìn)了相關(guān)結(jié)構(gòu)，仿真優(yōu)化了結(jié)構(gòu)布局，使其滿足設(shè)計(jì)要求。第四章寬帶全向水平極化天線的研究設(shè)計(jì)和加工測(cè)量。根據(jù)寬帶全向水平極化天線發(fā)展需要，結(jié)合相關(guān)知識(shí)和近階段的發(fā)展，對(duì)其實(shí)現(xiàn)方案進(jìn)行了選擇，簡(jiǎn)述了設(shè)計(jì)思路過(guò)程，最后對(duì)整體仿真優(yōu)化。在電磁軟件仿真優(yōu)化后參數(shù)的基礎(chǔ)上，加工了實(shí)物樣機(jī)且進(jìn)行了相關(guān)測(cè)試工作。7 西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文第五章結(jié)束語(yǔ)?？偨Y(jié)了本文主要的研究?jī)?nèi)容與成果，并指出了下一步可以深入研究的方向和尚待克服的問(wèn)題。8 第二章相關(guān)理論第二章相關(guān)理論摘要：本部分主要闡述了與文章內(nèi)容相關(guān)的定義及理論，包括相關(guān)電參數(shù)定義、微帶天線基本理論、縫隙耦合饋電原理和寬帶巴倫基本原理，為文章的研究設(shè)計(jì)提供了理論支持。2.1引言為了使本文所論述的研究?jī)?nèi)容具有更好的連貫性相關(guān)性，本章主要討論了微帶天線的分析方法以及寬帶巴倫的基本原理，為后續(xù)的研究工作奠定理論基礎(chǔ)。2.2天線電參數(shù)2.2.1天線增益增益的定義和方向性系數(shù)的概念相關(guān)，方向系數(shù)是用來(lái)表示其所輻射電磁能量分布情況的數(shù)字定量參數(shù)。首先，在球坐標(biāo)系中，某方向上的輻射強(qiáng)度表示為：dP?(,)??U(,)???(2-1)d?式中，U(,)??——天線在某方向的輻射強(qiáng)度；dP?(,)??——天線在該方向上的輻射功率；d?——立體角元。依據(jù)輻射強(qiáng)度的定義，某方向上的方向系數(shù)D(,)??為：U(,)??D(,)???(2-2)P??????式中，U(,)??——天線在某方向的輻射強(qiáng)度；P?——天線的總輻射功率。根據(jù)能量分配和功率關(guān)系，定義輻射效率?A：?A=PP??A(2-3)PA=P?+Pl(2-4)式中，Pl為損耗功率；PA為輸入功率。根據(jù)上述定義，天線在某方向的增益表示為：9 西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文U(,)??G(,)???(2-5)PA?????式中，G(,)??——天線增益；U(,)??——天線在某方向的輻射強(qiáng)度；PA——天線的輸入功率。結(jié)合式（2-3）和式（2-5）可得：G(,)??=D(,)???A(2-6)2.2.2天線帶寬對(duì)于天線而言，其所有電參數(shù)均和頻率相關(guān)，表現(xiàn)為具有一定的頻率區(qū)間，帶寬即是其電參數(shù)符合要求的頻率區(qū)間[27]，一般可分為下述兩大類：（1）絕對(duì)帶寬(BW)是指在天線有效工作頻帶內(nèi)兩個(gè)邊頻頻點(diǎn)的差值[27][28]，常用于電磁頻譜的劃分，表示為：BW?fmax?fmin(2-7)fmax為上邊頻頻率，fmin為下邊頻頻率。（2）相對(duì)帶寬（FBW）是絕對(duì)帶寬與中心頻率比值的百分比表示[27][28]。常用于現(xiàn)有頻帶較窄的通信設(shè)備中，表示為：??ff?maxminFBW100%????(2-8)???ffmaxmin??/22.2.3天線極化天線極化是指波的極化方式，而波的極化方式表現(xiàn)為電場(chǎng)矢量的時(shí)變規(guī)律與形式，據(jù)此將其分為了如下三種極化方式：10 第二章相關(guān)理論圖2.1橢圓極化圖2.1為橢圓極化波的電場(chǎng)矢量的時(shí)變軌跡表示。假設(shè)電磁波沿著+z軸方向傳播，在與+z軸垂直平面上的電場(chǎng)可表示成[29]：Ezt(,)xEzt(,)???(,)xyyEzt?(2-9)Eztxx(,)xEsin(?wt?z?)??(2-10)Eztyy(,)yEsin(?wt?z?)??(2-11)式中，?x為x方向電場(chǎng)分量的初始相位；?y為y方向電場(chǎng)分量的初始相位；Ex為電場(chǎng)幅度在x方向的分量；Ey為電場(chǎng)幅度在y方向的分量；?為傳播常數(shù)。極化方式可以由?x、?y和Ex、Ey之間的關(guān)系進(jìn)行確定。（1）線極化當(dāng)?x、?y的相位差??滿足????????yx?????????nn0,1,2,3...)(2-12)時(shí)極化方式為線極化。（2）圓極化當(dāng)?x、?y和Ex、Ey滿足11 西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文?EE?xy?????1???????2(nn1,2,3...)?逆時(shí)針????2(2-13)???????-?xy???1?-2??(1,2,3...)??nn?順時(shí)針??????2時(shí)極化方式為圓極化。（3）橢圓極化當(dāng)?x、?y和Ex、Ey滿足EExy?或(2-14)n?>0（=0,1,2,n）?????????xy?2??0（=0,1,2,n）時(shí)為橢圓極化方式，橢圓極化的程度常用軸比AR衡量，定義為：OAAR=(2-15)OB即軸比為橢圓軌跡的長(zhǎng)短軸比值。2.3微帶天線基本理論2.3.1微帶天線結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)微帶天線一般為三層結(jié)構(gòu)，中間部分為有一定厚度的介質(zhì)板，其厚度一般遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)，一面為接地板，另一面則為輻射貼片，典型的形式為如圖2.2所示的矩形貼片微帶天線。為了讓天線實(shí)現(xiàn)更寬的頻帶區(qū)間和更好的輻射特性，輻射貼片的形狀也逐步多樣化。12 第二章相關(guān)理論饋線輻射元接地板介質(zhì)基板圖2.2矩形貼片微帶天線圖2.2是矩形貼片微帶天線的示意圖。直接饋電和間接饋電是微帶天線的兩種基本饋電方式。常見(jiàn)的側(cè)饋和底饋即是直接形式；而電磁耦合法和縫隙耦合法即是間接形式。圖2.3給出了直接饋電的兩種方式示意圖。（a）側(cè)饋形式（b）底饋形式圖2.3側(cè)饋與底饋示意圖微帶天線的主要優(yōu)點(diǎn)是體積小、剖面低、重量輕等，這些優(yōu)點(diǎn)使其與多種形狀物體實(shí)現(xiàn)共形具有了優(yōu)勢(shì)，同時(shí)微帶天線還有易實(shí)現(xiàn)圓極化、易集成等優(yōu)點(diǎn)。雖然微帶天線在很多方面有著突出的優(yōu)勢(shì)，但是其缺點(diǎn)也不容忽視，表現(xiàn)為：由于微帶天線的輻射貼片尺寸和頻率緊密相關(guān)，故此其主要缺點(diǎn)是工作頻帶窄，典型值為3%-5%；其他還包括波瓣寬，損耗大，增益不高等缺點(diǎn)。針對(duì)微帶天線的以上缺點(diǎn),已經(jīng)發(fā)展了許多技術(shù)來(lái)克服。例如可以采用帶固態(tài)功放的有源微帶子陣作為單元進(jìn)行組陣從而得到較大的總輻射功率。采用開(kāi)槽、加短路針、添加寄生帶等方法也可以進(jìn)一步拓寬其工作帶寬。2.3.2微帶天線分析方法簡(jiǎn)介（1）傳輸線模型理論13 西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文對(duì)于矩形貼片來(lái)說(shuō)，其沿著能量傳輸方向的兩個(gè)開(kāi)路端可以等效為兩個(gè)可以輻射能量的縫隙。圖2.4為等效縫隙示意圖。在傳輸線模型中，貼片沿著W方向上的場(chǎng)分布和位置無(wú)關(guān)，沿著L方向上則表現(xiàn)為駐波形式。所以分析輻射特性時(shí)，可以將其視為沿著L邊的二元縫隙陣的同相合成[30]。Yh輻射縫隙ΦrwXθZ圖2.4單個(gè)等效縫隙示意圖圖2.4輻射縫隙沿x方向兩端的電壓，與x無(wú)關(guān)。根據(jù)電磁場(chǎng)原理，縫隙上電場(chǎng)沿x分量E[30]x可以表示為：EUh?/(2-16)x等效磁流為[32]：2UJz??(2-17)mh空間中r點(diǎn)處兩個(gè)場(chǎng)分量為[30]：?jkreEjUkW=-2,F????(2-18)?04?rE??0(2-19)式中E?和E?為電場(chǎng)強(qiáng)度的分量；U是橫跨縫隙上下的電壓；W是輻射貼片寬度；k是自由空間相移常數(shù)；r為場(chǎng)點(diǎn)距原點(diǎn)的距離；F為方向性函數(shù)。則歸一化方向函數(shù)為[30]：14 第二章相關(guān)理論??kh??kWsinsincos?????sin??cos???22?F???,???(2-20)0khkWsincos???cos22歸一化后的方向圖函數(shù)為[30]：??khsin??cos???2F????(2-21)0Ekhcos?2??kWsincos?????2F????(2-22)0HkWcos?2若介質(zhì)板厚度h???，則縫隙的P和R可利用玻印廷定理求得[30]：0??222???kWUtg?dsincos??sin????0??2(2-23)P??2240?22U120?R???2P?22??kW(2-24)?sincos?tg?sin??d???0??2式中，P是等效縫隙的輻射功率；R是等效縫隙的輻射電阻。設(shè)單縫的等效??導(dǎo)納為YG??jB，其中[30]：?1G??R???(2-25)kl????eB???Zo式中，?e是有效介電常數(shù)；?l是由接地板有限而引起的規(guī)格化線的伸長(zhǎng)；Z0是微帶傳輸線的特性阻抗。圖2.5為微帶天線的等效網(wǎng)絡(luò)，得輸入導(dǎo)納為[30]：15 西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文GjB??tgl?Y??0Yin??GjB+Y0(2-26)YG??jBjtgl???0式中，Y0——微帶傳輸線的特性導(dǎo)納；???=2/?e0——相移常數(shù)；l——輻射貼片的長(zhǎng)度。YinGjBYjBG圖2.5微帶天線等效傳輸線根據(jù)上述討論，在分析輻射特性可以視為沿著L邊的二元縫隙陣的同相疊加，因此其E面方向函數(shù)[30]F???：E??khsincos?????2??klFE?????coscos??(2-27)kh??2cos?2這種理論的概念清晰，但其缺點(diǎn)是分析模型僅可用于矩形微帶天線。（2）空腔模型理論對(duì)于微帶天線而言，另一種理論是空腔模型，相較于傳輸線模型，空腔模型可以應(yīng)用在多種形狀規(guī)則的貼片上，但是此種理論的是以介質(zhì)厚度遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)作為先決條件[31]。在這種理論中，將微帶天線上部貼片和底部地板作為理想電壁、周圍開(kāi)路結(jié)構(gòu)作為理想磁壁的介質(zhì)諧振腔體。因此，可以通過(guò)諧振腔理論、邊界條件、激勵(lì)條件建立腔內(nèi)電磁場(chǎng)方程，最后通過(guò)計(jì)算得到遠(yuǎn)區(qū)電磁場(chǎng)分布情況。對(duì)于空腔模型的分析理論需做出三種前提假設(shè)：1）由于h???，,內(nèi)部電矢量垂直于上下電壁，磁矢量平行于電壁。2）由于h???，假設(shè)空腔內(nèi)的電場(chǎng)不沿著z向變化；3）四周腔體看成PMC，其內(nèi)滿足麥克斯韋方程當(dāng)采用單模理論時(shí)，即假設(shè)天線只被激勵(lì)起一種模式工作,則腔體內(nèi)的波動(dòng)方程為[31]：22(??kE)?0(2-28)16 第二章相關(guān)理論k為波數(shù)，k????。把假設(shè)條件E?z?E(x,y)代入上式，即：22(??tzkE)?0(2-29)?t為橫向哈密頓算子。又可得[31]：Hz???Ej?tz（/??）(2-30)?Ez由假設(shè)1），?0。對(duì)應(yīng)圖2.4中坐標(biāo)系,則有[31]：?n??EEzz??0,0(2-31)??yxxL?0,yW?0,因此，可得出式(2-13)的解[31]：?mn???EE?xycoscosz0?LW?nE?mn??0?Hjzx??ycossin(2-32)???WLW?mE?mn??0?Hjxy?sincosy???LLW22?m???n??2m、n為整數(shù)且不同時(shí)為0，并且??????k,E0?V/h；?L??W?式中，V表示激勵(lì)電壓；L為矩形輻射貼片長(zhǎng)；W為矩形輻射貼片寬。若m=1，n=0，其解為基模。假設(shè)有電流[31]Jz對(duì)空腔模型進(jìn)行激勵(lì),則有波動(dòng)方程:22()??kEzz?j??J(2-33)k???0??k0?r(1?jtan?)，其中，tan?為損耗角正切。求解可得本征函數(shù)：22(??kmn)?mn?0(2-34)17 西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文并且，在磁壁處，?mn在必須要滿足??mn?n?0。對(duì)于如圖2.6所示的矩形貼片,可以用分離變量法求得:mx??ny?mnmn?Ccoscos(2-35)ab與之對(duì)應(yīng)的：22??mn????kmn??????(2-36)???ab?a、b為矩形貼片的長(zhǎng)和寬；m、n為不同時(shí)為零的整數(shù)。圖2.6空腔模型幾何坐標(biāo)關(guān)系式(2-29)的解為所有相互正交的本征函數(shù)的線性組合:EAz??mn?mn(2-37)mn,即：*1Jz?mnEjkzmn?00???22*(2-38)mn,kk?mn??mnmn??0?k0?0,?0??0?0?120?,k0???0?0?2??0，k0?2??0。而tan???1，k?k0?r?1?jtg??趨近于0；kmn稱為截止波數(shù)(實(shí)數(shù))。m、n的值表示天線在TM模諧振工作。mn圖2.6中采用同軸探針饋電,假設(shè)電流為I,則激勵(lì)源[31]:Jz可以表示為018 第二章相關(guān)理論?Id00d0?,,xxx?y??y??000Jz??d022(2-39)??0,else令k??k，用?代替?，各模式諧振頻率可由以下計(jì)算給出[31]:0rmner22cmn????fmn??????(2-40)2?e??ab??或[31]2152??nafmnGHz()m??????(2-41)a?e??b1aa?lb????2()2(2-42)bb?la????2()其中，?l(w)的值為：?l?Wh?(?0.3)(e/0.264)?0.412(2-43)hWh(?0.258)(e??/0.8)?r?1?r?110h?1/2?e()w可由?e(w)??(1?)求得。22w2.4縫隙耦合饋電基本原理大部分采用了槽線的微波電路同時(shí)也會(huì)集成微帶線，因此，微帶—槽線轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的應(yīng)用非常廣泛。圖2.7為典型的微帶—槽線轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)示意圖。19 西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文圖2.7微帶-槽線轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)圖2.7中，介質(zhì)板的上表面為縫隙，下表面則是與縫隙相交的微帶線。微帶線超出槽線的部分以及槽線超出微帶的部分可以被分別看作開(kāi)路和短路枝節(jié)，其尺寸一般為λ/4。這種轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)可以采用常規(guī)的激光蝕刻實(shí)現(xiàn)，因此加工非常方便。為了更好地分析微帶-槽線轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，圖2.8給出該轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的傳輸線模型[32]。圖2.8微帶-槽線轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)等效傳輸線模型圖2.8中，X為短路部分引入的感抗，C為開(kāi)路部分引入的容抗，Z和Zomosocos分別為其特性阻抗。二者之間的耦合作用等效成系數(shù)比為1：n的變壓器?？梢詫D2.8簡(jiǎn)化為在圖2.9（a），圖中[32]：jXjZ?tan?osossjXZsos?(2-44)ZX?tan?ososs1/tanjC??jZ?ocommjXZmom?(2-45)ZC?tan/??（）ommoc將槽線與微帶線間耦合效應(yīng)考慮進(jìn)去以后，圖2.9（a）中的等效電路可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化為圖2.9（b），圖中[32]：20 第二章相關(guān)理論22ZXossRn?22(2-46)ZX?oss22ZXossXn?22(2-47)ZX?oss最終，可以得到該電路的反射系數(shù)：RZ???jXX()omm?=(2-48)RZ???jXX()omm(a)(b)圖2.9微帶-槽線轉(zhuǎn)換簡(jiǎn)化電路在上述計(jì)算（2-32）-(2-33)中，n可以由下式?jīng)Q定[32]：nVh?()/()V(2-49)0?b/2Vh()Ehdy()??(2-50)?y?b/2V[32]0是橫跨縫隙的電壓，Ey(h)是縫隙內(nèi)的電場(chǎng)。Ey(h)可以通過(guò)下式進(jìn)行計(jì)算：V?22??uu??0Eh()hcosq??hcot?sin??(2-51)y0b???00??hu?1qu??2?tan()(2-52)0?v1/21/2???2???2u?????()，v????()1(2-53)r????s??sh是縫隙與微帶線間的距離，λ是空氣中波長(zhǎng)，λm是縫隙中的介質(zhì)波長(zhǎng)。21 西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文2.5寬帶巴倫基本原理巴倫即Balance-unbalance，在天線領(lǐng)域中常用于平衡饋電。其中對(duì)于偶極子天線常需要平衡饋電結(jié)構(gòu)，例如U形管，但此種平衡饋電結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是工作帶寬窄；另一種巴倫是λ/4同軸線巴倫，其結(jié)構(gòu)包括同軸線和λ/4短路線。對(duì)于平面印刷偶極子而言，可以用微帶巴倫進(jìn)行平衡饋電，其結(jié)構(gòu)包括一段微帶線、λm/4開(kāi)路枝節(jié)（λm是微帶傳輸線的波導(dǎo)波長(zhǎng)、λs/4短路枝節(jié)（λs是槽線傳輸線的波導(dǎo)波長(zhǎng)）組成，其中微帶線的帶狀導(dǎo)體和地板可以分別等效成上述同軸線巴倫的內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體，槽線可以等效成上述同軸巴倫的雙導(dǎo)線，λm/4開(kāi)路枝節(jié)在饋電點(diǎn)作為短路結(jié)構(gòu)。同時(shí)，通過(guò)調(diào)整微帶巴倫饋電點(diǎn)的位置可以實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，一般將饋電點(diǎn)向下移動(dòng)，如圖2.10所示，此時(shí)λs/4短路槽線可以分解成一段槽線和一段短路枝節(jié)的組合，由于饋電點(diǎn)位置是一個(gè)可調(diào)節(jié)變量，所以可以調(diào)節(jié)其位置實(shí)現(xiàn)不同的阻抗匹配要求。槽線印刷偶極子饋電點(diǎn)開(kāi)路枝節(jié)微帶線短路枝節(jié)圖2.10寬帶巴倫饋電偶極子為了更好地理解其平衡變換原理，給出了具有微帶巴倫的偶極子的電路分析模型[33]，在此結(jié)構(gòu)中，偶極子可以理解為由槽線饋電，而槽線一方面和微帶線互相耦合，另一方面延伸連接到短路枝節(jié)。偶極子的輸入阻抗用Zd表示，從饋電點(diǎn)向槽線方向看的輸入阻抗為Zc，根據(jù)阻抗變換理論可得：ZdjZos?stltan()?ZZcos?(2-54)ZosjZd?stltan()?式中，Zos表示槽線的特性阻抗；?s表示槽線的相位常數(shù)；lt表示槽線的長(zhǎng)度。輸入阻抗Zc和短路枝節(jié)的并聯(lián)阻抗為Zb：22 第二章相關(guān)理論jZZcoslsstan()?Zb?(2-55)ZcjZos?ssltan()?式中l(wèi)s表示短路枝節(jié)的長(zhǎng)度。而槽線和微帶線的互耦影響可以視為一個(gè)匝數(shù)比為n的理想變壓器，可得阻抗Za為：2ZabnZ?(2-56)2式中n表示阻抗變換系數(shù)。而從微帶線看進(jìn)去的輸入阻抗Zin可以看做Za和開(kāi)路結(jié)構(gòu)阻抗的串聯(lián)，表示為：Zin=Za+（?jZomlmocot()?）(2-57)式中，Zom表示微帶開(kāi)路枝節(jié)的特性阻抗；?m表示微帶開(kāi)路枝節(jié)的相位常數(shù)；lm表示微帶開(kāi)路枝節(jié)的長(zhǎng)度。22綜上，想要得到輸入阻抗Zin先需要知道阻抗變換系數(shù)n，但是n很難通過(guò)理論分析計(jì)算得到，可以通過(guò)使用CSTMicrostripes7.5進(jìn)行大量仿真分析得到。首先，當(dāng)不添加微帶結(jié)構(gòu)時(shí)，直接添加電壓源進(jìn)行激勵(lì)，得到阻抗Zb，而Za可以通過(guò)雙端口網(wǎng)絡(luò)的S參數(shù)計(jì)算得到[34]，表示為:(1?S11)(1?S22)?SS1221ZZa?om(2-58)2S212由此可以計(jì)算得到阻抗變換系數(shù)n。23 西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文24 第三章彈載小型化寬波束雙極化天線設(shè)計(jì)第三章彈載小型化寬波束雙極化天線設(shè)計(jì)摘要：本章研究了彈載小型化寬波束雙極化天線，根據(jù)科研項(xiàng)目要求，對(duì)該項(xiàng)目的技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行了分析，確定了設(shè)計(jì)所采用的技術(shù)方案，采用HFSS仿真軟件對(duì)技術(shù)方案進(jìn)行了仿真設(shè)計(jì)，仿真設(shè)計(jì)表明該天線滿足技術(shù)指標(biāo)要求，為工程實(shí)現(xiàn)奠定了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。3.1引言在彈載通信中，通常要求天線具有寬波束雙極化特性，同時(shí)由于彈載載體平臺(tái)的限制要求天線的尺寸具有小型化特性，如何解決這一問(wèn)題是本章所要研究的內(nèi)容，這一問(wèn)題的解決對(duì)于彈載通信系統(tǒng)具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。3.2天線的指標(biāo)要求為滿足特定環(huán)境下彈載系統(tǒng)的通信需要，要求該S/C/X波段弾載小型化寬波束雙極化天線的技術(shù)指標(biāo)為：1.工作頻率：S/C波段：fL1~fH1；X波段：fL2~fH2；2.極化形式：雙線極化（通過(guò)控制輸入相位可耦合成左旋或右旋圓極化）；3.電壓駐波比：≤2.5；4.波束覆蓋：以彈軸向?yàn)?°方向（彈頭為前向），波束周向覆蓋360°，徑向覆蓋±45°；5.波束范圍內(nèi)增益：≥-2dB；6.天線輸出接口：SMA-K；7.天線安裝空間尺寸要求：第一階段：安裝腔體A為82mm×55mm×35.5mm第二階段：安裝腔體B為90mm×78mm×35.5mm第三階段：安裝腔體C為100mm×96mm×32.5mm3.3天線設(shè)計(jì)難點(diǎn)分析針對(duì)上述S/C/X波段弾載雙極化天線技術(shù)指標(biāo)，該S/C/X波段弾載雙極化天線的設(shè)計(jì)難點(diǎn)為：25 西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文3.3.1頻帶要求寬設(shè)計(jì)的S/C波段天線相對(duì)帶寬為78.7%；設(shè)計(jì)的X波段天線工作帶寬為40.0%。因此首要難點(diǎn)是選擇何種類型的雙極化天線實(shí)現(xiàn)寬頻帶。3.3.2寬波束輻射特性要求要求載體平臺(tái)上S/C波段與X波段天線在波束覆蓋范圍（以彈頭軸向?yàn)?°方向（彈頭為前向），波束周向覆蓋360°，方位向覆蓋±45°）內(nèi)天線增益不低于-2dB，而天線被安裝在頂部覆蓋有多層介質(zhì)的金屬腔體的環(huán)境下，所以第二難點(diǎn)是如何在此情況下實(shí)現(xiàn)寬波束輻射特性。3.3.3尺寸限制苛刻S/C波段天線(含接頭)+X波段天線(含接頭)總體安裝空間要求限制在82mm×55mm×35.5mm（第一階段）、90mm×78mm×35.5mm（第二階段）、100mm×96mm×32.5mm（第三階段）的空間內(nèi)。其中，S/C天線具有較嚴(yán)格的高度限制，對(duì)應(yīng)最低工作頻率波長(zhǎng)111mm，如何有效地降低S/C天線安裝空間的高度，是此天線設(shè)計(jì)的另一個(gè)主要難點(diǎn)。3.4天線設(shè)計(jì)方案選擇3.4.1技術(shù)難點(diǎn)解決途徑分析依據(jù)S/C/X波段弾載圓極化天線難點(diǎn)分析，擬采用的技術(shù)方案為：1.圓極化與寬頻帶實(shí)現(xiàn)方案根據(jù)已有的工程經(jīng)驗(yàn)，采用十字縫隙耦合饋電的方式可以實(shí)現(xiàn)寬頻帶以及雙極化工作方式，同時(shí)+900寬帶移相器，可以實(shí)現(xiàn)天線寬帶圓極化特性。因此，初步設(shè)計(jì)采用十字縫隙耦合的饋電方式為基本結(jié)構(gòu)，同時(shí)激勵(lì)起分層孔徑微帶貼片，以實(shí)現(xiàn)S/C/X波段弾載雙極化天線的寬帶雙極化指標(biāo)。2.寬波束實(shí)現(xiàn)方式為實(shí)現(xiàn)S/C/X波段弾載圓極化天線的寬波束，設(shè)計(jì)獨(dú)立的天線載體金屬臺(tái)結(jié)構(gòu)，以最大限度降低復(fù)雜的安裝環(huán)境（頂部覆蓋有多層介質(zhì)的金屬腔體）對(duì)天線輻射性能的影響。3.低剖面實(shí)現(xiàn)方式為滿足S/C/X波段弾載圓極化天線安裝空間對(duì)安裝高度的要求，采用高介電常數(shù)介質(zhì)+多層介質(zhì)疊加的方案以降低天線整體安裝高度。26 第三章彈載小型化寬波束雙極化天線設(shè)計(jì)此外，將SMA接頭嵌入到天線載體金屬臺(tái)內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)天線與SMA接頭的一體化設(shè)計(jì)，從而進(jìn)一步減小S/C波段天線與X波段天線安裝所需的空間。3.4.2天線采用設(shè)計(jì)方案根據(jù)對(duì)上述技術(shù)難點(diǎn)實(shí)現(xiàn)途徑分析，擬采用分層孔徑微帶貼片+縫隙耦合饋電方案作為技術(shù)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)方案。該方案可實(shí)現(xiàn)S/C/X波段弾載天線寬頻帶、寬波束以及雙極化的要求，同時(shí)降低天線安裝高度。方案采用兩個(gè)天線組合：S/C天線+X天線。(1)第一階段天線采用設(shè)計(jì)方案○1S/C/X波段弾載雙極化天線布局結(jié)構(gòu)形式A.整體布局圖（a）立體圖（b）分解圖圖3.1天線整體仿真模型圖3.1為天線整體仿真模型，灰色為金屬底座，紅色為金屬支撐，黃色為介質(zhì)27 西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文材料1，淺藍(lán)色為介質(zhì)材料2，深藍(lán)色為介質(zhì)材料3，綠色為介質(zhì)材料4。內(nèi)部包圍空間（82mm×55mm×35.5mm）用于放置天線，對(duì)應(yīng)安裝腔體A。B.俯視圖圖3.2天線整體仿真模型俯視圖圖中，隱藏天線正上方介質(zhì)材料2、介質(zhì)材料3。S/C波段天線的中心距離安裝空間(82mm×55mm×35.5mm)下邊緣的距離為28.0mm，距離安裝空間(82mm×55mm×35.5mm)左邊緣的距離為27.5mm，X波段天線距離安裝空間(80mm×60mm×35.5mm)上邊緣的距離為15.5mm，距離安裝空間(80mm×60mm×35.5mm)左邊緣的距離為27.5mm。C.天線結(jié)構(gòu)尺寸圖3.3天線結(jié)構(gòu)尺寸圖3.3為仿真模型結(jié)構(gòu)尺寸圖。S/C波段天線載體金屬結(jié)構(gòu)的高度為23.2mm，直徑為42.0mm，整體高度為35.2mm；X波段天線載體金屬結(jié)構(gòu)的高度為31.7mm，28 第三章彈載小型化寬波束雙極化天線設(shè)計(jì)直徑為26.0mm，整體高度為34.4mm?！?S/C波段天線結(jié)構(gòu)尺寸圖3.4S/C頻段天線結(jié)構(gòu)展開(kāi)示意圖S/C波段天線分為四層介質(zhì)，其所用的材料及蝕刻結(jié)構(gòu)具體如下：第一層：Φ40mm×4mm（直徑x高），εr=2.65，上表面覆有貼片1(藍(lán)色，直徑為12.6mm）。第二層：Φ40mm×6mm（直徑x高），,εr=2.65，上表面覆有貼片2（紅色,直徑為9.2mm）。第三層：Φ40mm×1mm（直徑x高），εr=2.65，上表面覆有上層饋線（黑色）。29 西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文第四層：Φ40mm×1mm（直徑x高），εr=3.0。介質(zhì)板雙面腐蝕，底面覆有下層饋線（橙色），頂面覆有地板（淺藍(lán)色），地板中部為十字縫隙結(jié)構(gòu)。因此，S/C波段天線單元的總厚度為12.0mm，整體尺寸為Ф40mm（直徑）×12mm（高度）?！?X波段天線結(jié)構(gòu)尺寸圖3.5X波段天線結(jié)構(gòu)展開(kāi)示意圖X波段天線分為三層介質(zhì)，其所用的材料及蝕刻結(jié)構(gòu)具體如下：第一層：Φ24mm×3mm（直徑x高），εr=2.65，上表面覆有貼片(藍(lán)色，直徑為7.2mm）。第二層：Φ24mm×0.6mm（直徑x高），εr=2.65，上表面覆有上層饋線（黑30 第三章彈載小型化寬波束雙極化天線設(shè)計(jì)色）。第三層：Φ24mm×0.6mm（直徑x高），εr=2.65。介質(zhì)板雙面腐蝕，底面覆有下層饋線（橙色），頂面覆有地板（淺藍(lán)色），地板中部為十字縫隙結(jié)構(gòu)。因此，X波段天線單元的總厚度為4.2mm，整體尺寸為Ф24mm（直徑）×4.2mm（高度）。(2)第二階段天線采用設(shè)計(jì)方案○1S/C/X波段弾載圓極化天線布局結(jié)構(gòu)形式A.整體布局圖（a）立體圖（b）分解圖圖3.6天線整體仿真模型圖3.6為天線整體仿真模型，灰色為金屬底座，紅色為金屬支撐，黃色為介質(zhì)材料1，淺藍(lán)色為介質(zhì)材料2，深藍(lán)色為介質(zhì)材料3，綠色為介質(zhì)材料4。內(nèi)部包31 西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文圍空間（90mm×78mm×35.5mm）用于放置天線，對(duì)應(yīng)安裝腔體B。B.俯視圖圖3.7天線整體仿真模型俯視圖圖3.7中，隱藏天線正上方介質(zhì)材料2、介質(zhì)材料3。S/C波段天線的中心距離安裝空間(90mm×78mm×35.5mm)下邊緣的距離為32.0mm，距離安裝空間(90mm×78mm×35.5mm)左邊緣的距離為39mm，X波段天線距離安裝空間(90mm×78mm×35.5mm)上邊緣的距離為19.5mm，距離安裝空間(90mm×78mm×35.5mm)左邊緣的距離為39mm。C.天線結(jié)構(gòu)尺寸圖3.8天線結(jié)構(gòu)尺寸圖3.8中，S/C波段天線載體金屬結(jié)構(gòu)的高度為23.2mm，直徑為42.0mm，整體高度為35.2mm；X波段天線載體金屬結(jié)構(gòu)的高度為31.7mm，直徑為26.0mm，整體高度為34.4mm。32 第三章彈載小型化寬波束雙極化天線設(shè)計(jì)○2S/C波段天線結(jié)構(gòu)尺寸圖3.9S/C波段天線結(jié)構(gòu)展開(kāi)示意圖S/C波段天線分為四層介質(zhì)，其所用的材料及蝕刻結(jié)構(gòu)具體如下：第一層：Φ40mm×4mm（直徑x高），εr=2.65，上表面覆有貼片1(藍(lán)色，直徑為12.6mm）。第二層：Φ40mm×6mm（直徑x高），,εr=2.65，上表面覆有貼片2（紅色,直徑為9.2mm）。第三層：Φ40mm×1mm（直徑x高），εr=2.65，上表面覆有上層饋線（黑色）。33 西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文第四層：Φ40mm×1mm（直徑x高），εr=3.0。介質(zhì)板雙面腐蝕，底面覆有下層饋線（橙色），頂面覆有地板（淺藍(lán)色），地板中部為十字縫隙結(jié)構(gòu)。因此，S/C波段天線單元的總厚度為12.0mm，整體尺寸為Ф40mm（直徑）×12mm（高度）?！?X波段天線結(jié)構(gòu)尺寸圖3.10X波段天線結(jié)構(gòu)展開(kāi)示意圖X波段天線分為三層介質(zhì)，其所用的材料及蝕刻結(jié)構(gòu)具體如下：第一層：Φ24mm×3mm（直徑x高），εr=2.65，上表面覆有貼片(藍(lán)色，直徑為7.2mm）。第二層：Φ24mm×0.6mm（直徑x高），εr=2.65，上表面覆有上層饋線（黑色）。34 第三章彈載小型化寬波束雙極化天線設(shè)計(jì)第三層：Φ24mm×0.6mm（直徑x高），εr=2.65。介質(zhì)板雙面腐蝕，底面覆有下層饋線（橙色），頂面覆有地板（淺藍(lán)色），地板中部為十字縫隙結(jié)構(gòu)。因此，X波段天線單元的總厚度為4.2mm，整體尺寸為Ф24mm（直徑）×4.2mm（高度）。(3)第三階段天線采用設(shè)計(jì)方案○1S/C/X波段弾載圓極化天線布局結(jié)構(gòu)形式A.整體布局圖（a）立體圖（b）分解圖圖3.11天線整體仿真模型圖3.11為天線整體仿真模型，灰色為金屬底座，紅色為金屬支撐，黃色為介質(zhì)材料1，淺藍(lán)色為介質(zhì)材料2，深藍(lán)色為介質(zhì)材料3，綠色為介質(zhì)材料4。內(nèi)部包圍空間（100mm×96mm×32.5mm）用于放置天線，對(duì)應(yīng)安裝腔體C。B.俯視圖35 西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文圖3.12天線整體仿真模型俯視圖圖3.12中，隱藏天線正上方介質(zhì)材料2、介質(zhì)材料3。S/C波段天線的中心距離安裝空間(100mm×96mm×32.5mm)下邊緣的距離為37.0mm，距離安裝空間(100mm×96mm×32.5mm)左邊緣的距離為48mm，X波段天線距離安裝空間(100mm×96mm×32.5mm)上邊緣的距離為19.5mm，距離安裝空間(100mm×96mm×32.5mm)左邊緣的距離為19.5mm。C.天線結(jié)構(gòu)尺寸圖3.13天線仿真模型圖3.13中，S/C波段天線載體金屬結(jié)構(gòu)的高度為22.0mm，直徑為56.0mm，整體高度為25.0mm；X波段天線載體金屬結(jié)構(gòu)的高度為30.7mm，直徑為38.0mm，整體高度為30.7mm?！?S/C波段天線結(jié)構(gòu)尺寸36 第三章彈載小型化寬波束雙極化天線設(shè)計(jì)圖3.14S/C波段天線結(jié)構(gòu)展開(kāi)示意圖S/C波段天線分為四層介質(zhì)，其所用的材料及蝕刻結(jié)構(gòu)具體如下：第一層：Φ56mm×7mm（直徑x高），εr=3.0，上表面覆有貼片1(藍(lán)色，直徑為14.0mm）。第二層：Φ54mm×5mm（直徑x高），,εr=2.65，上表面覆有貼片2（紅色,直徑為12.0mm）。第三層：Φ54mm×1mm（直徑x高），εr=2.65，上表面覆有上層饋線（黑色）。37 西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文第四層：Φ54mm×1mm（直徑x高），εr=2.65。介質(zhì)板雙面腐蝕，底面覆有下層饋線（橙色），頂面覆有地板（淺藍(lán)色），地板中部為十字縫隙結(jié)構(gòu)。因此，S/C波段天線單元的總厚度為14.0mm，整體尺寸為Ф56.0mm（直徑）×14.0mm（高度）。○3X波段天線結(jié)構(gòu)尺寸圖3.15X波段天線結(jié)構(gòu)展開(kāi)示意圖X波段天線分為三層介質(zhì)，其所用的材料及蝕刻結(jié)構(gòu)具體如下：第一層：Φ36mm×3.5mm（直徑x高），εr=2.65，上表面覆有貼片(藍(lán)色，直徑為8.0mm）。第二層：Φ36mm×0.6mm（直徑x高），εr=2.65，上表面覆有上層饋線（黑色）。38 第三章彈載小型化寬波束雙極化天線設(shè)計(jì)第三層：Φ36mm×0.6mm（直徑x高），εr=2.65。介質(zhì)板雙面腐蝕，底面覆有下層饋線（橙色），頂面覆有地板（淺藍(lán)色），地板中部為十字縫隙結(jié)構(gòu)。因此，X波段天線單元的總厚度為4.7mm，整體尺寸為Ф36mm（直徑）×4.7mm（高度）。3.5S/C/X波段弾載雙極化天線仿真結(jié)果3.5.1第一階段天線仿真結(jié)果(1)S/C波段天線仿真結(jié)果S/C波段天線工作頻率區(qū)間為fL1~fH1，表3.1中給出了工作頻率范圍內(nèi)的駐波系數(shù)，同時(shí)在fL1~fH1范圍內(nèi)由低頻到高頻依次列出了f01，f11，f21，f31，f41，f51和f61在XOZ面和YOZ面的增益數(shù)值。表3.1單個(gè)S/C波段天線性能對(duì)照表參數(shù)要求指標(biāo)設(shè)計(jì)性能復(fù)核情況頻率fL1~fH1fL1~fH1符合駐波≤2.5≤2.8基本符合極化方式雙/圓極化雙/圓極化符合頻率（XOZ面）（YOZ面）（GHz）（dB）（dB）f01≥-2.0≥-0.7方f11≥-7.4≥-4.1向G±45°≥-2dBf21≥1.4≥-0.5基本符合圖f31≥-3.7≥-0.6f41≥1.4≥-2.8f51≥-7.9≥-3.2f61≥-1.6≥2.7(2)X波段天線仿真結(jié)果X波段天線工作頻率區(qū)間為fL2~fH2，表3.2中給出了工作頻率范圍內(nèi)的駐波系數(shù)，同時(shí)在fL2~fH2范圍內(nèi)由低頻到高頻依次列出了fL2，f02，f12，f22和fH2在XOZ面和YOZ面的增益數(shù)值。39 西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文表3.2單個(gè)X波段天線性能對(duì)照表參數(shù)要求指標(biāo)設(shè)計(jì)性能復(fù)核情況頻率fL2~fH2fL2~fH2符合駐波≤2.5≤2.4符合極化方式雙/圓極化雙/圓極化符合頻率（XOZ面）（YOZ面）（GHz）（dB）（dB）方fL2≥-6.7≥0.9向G±45°≥-2dBf02≥-4.8≥-0.7基本符合圖f12≥-0.5≥1.1f22≥-3.1≥0.1fH2≥-1.4≥-2.5由表3.1和表3.2所示的性能對(duì)照表可知，所設(shè)計(jì)的天線在工作頻帶內(nèi)，所實(shí)現(xiàn)的電性能指標(biāo)如下：1.天線在工作頻率fL1~fH1范圍內(nèi)的電壓駐波比均小于2.8，基本符合指標(biāo)要求；在fL2~fH2范圍內(nèi)的電壓駐波比均小于2.4，符合指標(biāo)要求。2.天線的極化形式為雙極化，滿足指標(biāo)要求；3.兩個(gè)天線的整體尺寸滿足82mm×55mm×35.5mm的尺寸要求；3.5.2第二階段天線仿真結(jié)果(1)S/C波段天線增益對(duì)比表3.3給出了安裝腔體尺寸變化前后S/C波段天線的增益對(duì)比數(shù)據(jù)。表3.3S/C波段天線增益對(duì)比表俯仰面±30°（θ）增益俯仰面±45°（θ）增益（右旋圓極化）（右旋圓極化）頻率XOZ面YOZ面XOZ面YOZ面安裝腔A安裝腔B安裝腔A安裝腔B安裝腔A安裝腔B安裝腔A安裝腔Bf01≥0.6≥2.0≥-0.1≥2.0≥-2.0≥-2.5≥-0.7≥0.1f11≥-1.6≥-4.9≥-2.8≥2.2≥-7.4≥-4.9≥-4.1≥-7.1f21≥4.5≥4.8≥2.6≥2.1≥1.4≥-2.0≥-0.5≥2.3f31≥4.0≥3.6≥2.7≥4.6≥-3.7≥-7.8≥-0.6≥2.6f41≥5.6≥-11.5≥-0.4≥-3.0≥1.4≥-11.5≥-2.8≥-3.0f51≥-7.9≥2.8≥-3.2≥-1.0≥-7.9≥-4.4≥-3.2≥-1.1f61≥2.6≥3.8≥5.3≥-1.2≥-1.6≥-0.5≥2.7≥-1.240 第三章彈載小型化寬波束雙極化天線設(shè)計(jì)注:安裝腔體A對(duì)應(yīng)腔體尺寸為82mm×55mm×35.5mm；安裝腔體B對(duì)應(yīng)腔體尺寸為90mm×78mm×35.5mm；表中增益單位為“dBic”。(2)X波段天線仿真結(jié)果對(duì)比表3.4給出了安裝腔體尺寸變化前后X波段天線的增益對(duì)比數(shù)據(jù)。表3.4X波段天線增益對(duì)比表俯仰面±30°（θ）增益俯仰面±45°（θ）增益頻（右旋圓極化）（右旋圓極化）率XOZ面YOZ面XOZ面YOZ面安裝腔A安裝腔B安裝腔A安裝腔B安裝腔A安裝腔B安裝腔A安裝腔BfL2≥2.1≥2.4≥2.6≥1.3≥-6.7≥-7.7≥0.9≥1.3f02≥-4.8≥-9.4≥1.3≥-8.4≥-4.8≥-9.4≥-0.7≥-8.4f12≥-0.5≥0≥1.9≥3.3≥-0.5≥-1.4≥1.1≥2.9f22≥3.5≥3.3≥6.4≥0.8≥-3.1≥-2.7≥0.1≥0.8fH2≥4.4≥1.6≥-2.5≥-3.5≥-1.4≥1.6≥-2.5≥-3.5注:安裝腔體A對(duì)應(yīng)腔體尺寸為82mm×55mm×35.5mm；安裝腔體B對(duì)應(yīng)腔體尺寸為90mm×78mm×35.5mm；表中增益單位為“dBic”。(3)天線設(shè)計(jì)結(jié)論通過(guò)對(duì)所設(shè)計(jì)的天線進(jìn)行仿真分析，可得到下表3.5、表3.6所示的性能對(duì)照表?！?S/C波段天線性能對(duì)照表S/C波段天線工作頻率區(qū)間為fL1~fH1，表3.5中給出了工作頻率范圍內(nèi)的駐波系數(shù)，同時(shí)在fL1~fH1范圍內(nèi)由低頻到高頻依次列出了f01，f11，f21，f31，f41，f51和f61在XOZ面和YOZ面的增益數(shù)值。41 西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文表3.5單個(gè)S/C波段天線性能對(duì)照表參數(shù)要求指標(biāo)設(shè)計(jì)性能復(fù)核情況頻率fL1~fH1fL1~fH1符合駐波≤2.5≤3.0基本符合極化方式雙/圓極化雙/圓極化符合頻率（XOZ面）（YOZ面）（GHz）（dB）（dB）f01≥-2.5≥0.1f11≥-4.9≥-7.1方向G±45°≥-2dBf21≥-2.0≥2.3基本符合圖f31≥-7.8≥2.6f41≥-11.5≥-3.0f51≥-4.4≥-1.1f61≥-0.5≥-1.2○2X波段天線性能對(duì)照表X波段天線工作頻率區(qū)間為fL2~fH2，表3.6中給出了工作頻率范圍內(nèi)的駐波系數(shù)，同時(shí)在fL2~fH2范圍內(nèi)由低頻到高頻依次列出了fL2，f02，f12，f22和fH2在XOZ面和YOZ面的增益數(shù)值。表3.6單個(gè)X波段天線性能對(duì)照表參數(shù)要求指標(biāo)設(shè)計(jì)性能復(fù)核情況頻率fL2~fH2fL2~fH2符合駐波≤2.5≤2.4符合極化方式雙/圓極化雙/圓極化符合頻率（XOZ面）（YOZ面）（GHz）（dB）（dB）fL2≥-7.7≥1.3方f02≥-9.4≥-8.4向G±45°≥-2dB基本符合圖f12≥-1.4≥2.9f22≥-2.7≥0.8fH2≥1.6≥-3.5由表3.5和表3.6所示的性能對(duì)照表可知，所設(shè)計(jì)的天線在工作頻率區(qū)間內(nèi)，所實(shí)現(xiàn)的電性能指標(biāo)總結(jié)如下：42 第三章彈載小型化寬波束雙極化天線設(shè)計(jì)1.在fL1~fH1區(qū)間內(nèi)的駐波系數(shù)均小于3.0，基本符合指標(biāo)要求；在fL2~fH2區(qū)間內(nèi)的電駐波系數(shù)均小于2.4，符合指標(biāo)要求；2.極化形式為雙極化，滿足指標(biāo)要求；3.兩個(gè)天線的整體尺寸為滿足90mm×78mm×35.5mm的尺寸要求。3.5.3第三階段天線仿真結(jié)果(1)S/C波段天線仿真結(jié)果1)線極化端口電壓駐波比圖3.16S/C波段天線VSWR隨頻率變化曲線注:1、2端口激勵(lì)源相位分別為90o、0o，其余源激勵(lì)系數(shù)為0；黑色實(shí)線表示S/C波段天線端口1的電壓駐波比；黑色虛線表示S/C波段天線端口2的電壓駐波比。由圖3.16和可知，S/C波段線極化天線端口1、2在fL1~f11的工作頻帶范圍內(nèi)，電壓駐波比最大值為2.5（m1）。所以，S/C波段線極化天線1、2兩個(gè)端口在fL1~f11的工作頻帶范圍內(nèi)，符合VSWR≤2.5的技術(shù)指標(biāo)要求。2)輻射方向圖本部分包含f=f01、f=f21、f=f41和f=f61四個(gè)頻點(diǎn)的3D方向圖，平面方向圖為：○1.f=f01A.線極化方向圖（2端口單獨(dú)激勵(lì)）a.φ（phi）=15°平面方向圖43 西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文圖3.17天線φ（phi）=15°平面的方向圖（f=f01）由圖3.17可知，當(dāng)天線工作在f01時(shí)，在φ（phi）=15°平面上，0°方向上增益為3.9dB（點(diǎn)m1），-45°方向上的增益為5.3dB（點(diǎn)m2），天線在45°方向上的增益為0.2dB（點(diǎn)m3）。所以，天線工作在f01時(shí)，在φ（phi）=15°平面上，其±45°波束范圍內(nèi)增益都大于0.2dB。b.φ（phi）=105°平面方向圖圖3.18天線φ（phi）=105°平面的方向圖（f=f01）由圖3.18可知，當(dāng)天線工作在f01時(shí)，在φ（phi）=105°平面上，天線在0°方向上增益為6.9dB(m1），天線在±45°范圍內(nèi)增益大于-6.6dB。B.圓極化方向圖（1、2端口激勵(lì)源相位分別為90o、0o）a.立體方向圖44 第三章彈載小型化寬波束雙極化天線設(shè)計(jì)圖3.19S/C波段天線三維仿真結(jié)果（f=f01）由圖3.19可知，f01對(duì)應(yīng)RHCP增益為7.0dB。b.俯仰面（XOZ）方向圖圖3.20S/C波段天線的俯仰面（XOZ）的方向圖（f=f01）由圖3.20可知，當(dāng)S/C天線單元工作在f01時(shí)，天線在0°方向上的RHCP增益為6.4dB（點(diǎn)m1），天線在±45°范圍內(nèi)的RHCP增益大于0.3dB。c.俯仰面（YOZ）方向圖45 西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文圖3.21S/C波段天線的俯仰面（YOZ）的方向圖（f=f01）由圖3.21可知，當(dāng)S/C天線單元工作在f01時(shí)，天線在0°方向上的RHCP增益為6.4dB（點(diǎn)m1）；天線在±45°范圍內(nèi)的RHCP增益大于-0.2dB?！?.f=f21A.線極化方向圖（2端口單獨(dú)激勵(lì)）a.φ（phi）=15°平面方向圖圖3.22天線φ（phi）=15°平面的方向圖（f=f21）由圖3.22可知，當(dāng)天線工作在f21時(shí)，在φ（phi）=15°平面上，0°方向上增益為9.4dB（點(diǎn)m1），-45°方向上的增益為4.2dB（點(diǎn)m2），45°方向上的增益為4.2dB（點(diǎn)m3）。所以，天線工作在f21時(shí)，在φ（phi）=15°平面上，其±45°波束范圍內(nèi)增益都大于4.2dB。b.φ（phi）=105°平面方向圖46 第三章彈載小型化寬波束雙極化天線設(shè)計(jì)圖3.23天線φ（phi）=105°平面的方向圖（f=f21）由圖3.23可知，當(dāng)天線工作在f21時(shí)，在φ（phi）=105°平面上，0°方向上增益為9.4dB（點(diǎn)m1），天線在±45°范圍內(nèi)增益大于1.3dB。B.圓極化方向圖（1、2端口激勵(lì)源相位分別為90o、0o）a.立體方向圖圖3.24S/C波段天線三維仿真結(jié)果（f=f21）由圖3.24可知，f21對(duì)應(yīng)RHCP增益為8.0dB。b.俯仰面（XOZ）方向圖47 西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文圖3.25S/C波段天線的俯仰面（XOZ）的方向圖（f=f21）由圖3.25可知，當(dāng)S/C天線單元工作在f21時(shí)，0°方向上的RHCP增益為7.8dB（點(diǎn)m1）；±45°范圍內(nèi)的RHCP增益大于2.0dB。c.俯仰面（YOZ）方向圖圖3.26S/C波段天線的俯仰面（YOZ）的方向圖（f=f21）由圖3.26可知，當(dāng)S/C天線單元工作在f21時(shí)，0°方向上的RHCP增益為7.8dB（點(diǎn)m1）；±45°范圍內(nèi)的RHCP增益大于0.9dB?！?.f=f41A.線極化方向圖（2端口單獨(dú)激勵(lì)）a.φ（phi）=15°平面方向圖48 第三章彈載小型化寬波束雙極化天線設(shè)計(jì)圖3.27天線φ（phi）=15°平面的方向圖（f=f41）由圖3.27可知，當(dāng)天線工作在f41時(shí)，在φ（phi）=15°平面上，0°方向上增益為6.8dB（點(diǎn)m1），-45°方向上的增益為2.7dB（點(diǎn)m2），45°方向上的增益為4.2dB（點(diǎn)m3）。所以，天線工作在f41時(shí)，在φ（phi）=15°平面上，其±45°波束范圍內(nèi)增益都大于2.7dB。b.φ（phi）=105°平面方向圖圖3.28天線φ（phi）=105°平面的方向圖（f=f41）由圖3.28可知，當(dāng)天線工作在f41時(shí)，在φ（phi）=105°平面上，0°方向上增益為6.8dB（點(diǎn)m1），±45°范圍內(nèi)增益大于1.1dB。B.圓極化方向圖（1、2端口激勵(lì)源相位分別為90o、0o）a.立體方向圖49 西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文圖3.29S/C波段天線三維仿真結(jié)果（f=f41）由圖3.29可知，f41對(duì)應(yīng)RHCP增益為8.1dB。b.俯仰面（XOZ）方向圖圖3.30S/C波段天線的俯仰面（XOZ）的方向圖（f=f41）由圖3.30可知，當(dāng)S/C天線單元工作在f41時(shí)，0°方向上的RHCP增益為7.1dB（點(diǎn)m1）；±45°范圍內(nèi)的RHCP增益大于0dB。c.俯仰面（YOZ）方向圖50 第三章彈載小型化寬波束雙極化天線設(shè)計(jì)圖3.31S/C波段天線的俯仰面（YOZ）的方向圖（f=f41）由圖3.31可知，當(dāng)S/C天線單元工作在f41時(shí)，0°方向上的RHCP增益為7.1B（點(diǎn)m1）；±45°范圍內(nèi)的RHCP增益大于0.3dB○4.f=f61A.線極化方向圖（2端口單獨(dú)激勵(lì)）a.φ（phi）=15°平面方向圖圖3.32天線φ（phi）=15°平面的方向圖（f=f61）由圖3.32可知，當(dāng)天線工作在f61時(shí)，在φ（phi）=15°平面上，0°方向上增益為6.1dB（點(diǎn)m1），-45°方向上的增益為1.6dB（點(diǎn)m2），45°方向上的增益為6.1dB（點(diǎn)m3）。所以，天線工作在f61時(shí)，在φ（phi）=15°平面上，其±45°波束范圍內(nèi)增益都大于1.6dB。b.φ（phi）=105°平面方向圖51 西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文圖3.33天線φ（phi）=105°平面的方向圖（f=f61）由圖3.33可知，當(dāng)天線工作在f61時(shí)，在φ（phi）=105°平面上，0°方向上增益為6.1dB（點(diǎn)m1），±45°范圍內(nèi)增益大于-0.8dB。B.圓極化方向圖（1、2端口激勵(lì)源相位分別為90o、0o）a.立體方向圖圖3.34S/C波段天線三維仿真結(jié)果（f=f61）由圖3.34可知，f61對(duì)應(yīng)RHCP增益為8.7dBic。b.俯仰面（XOZ）方向圖52 第三章彈載小型化寬波束雙極化天線設(shè)計(jì)圖3.35S/C波段天線的俯仰面（XOZ）的方向圖（f=f61）由圖3.35可知，當(dāng)S/C天線單元工作在f61時(shí)，0°方向上的RHCP增益為6.5dB（點(diǎn)m1）；±45°范圍內(nèi)的RHCP增益大于0.8dB。c.俯仰面（YOZ）方向圖圖3.36S/C波段天線的俯仰面（YOZ）的方向圖（f=f61）由圖3.36可知，當(dāng)S/C天線單元工作在f61時(shí)，0°方向上的RHCP增益為6.5dB（點(diǎn)m1）；±45°范圍內(nèi)的RHCP增益大于0.8dB。綜合以上仿真分析結(jié)果，S/C波段天線在工作頻帶內(nèi)天線增益對(duì)比表如表3.7所示。53 西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文表3.7S/C波段天線增益對(duì)比表俯仰面±30°（θ）增益俯仰面±45°（θ）增益頻（右旋圓極化）（右旋圓極化）率XOZ面YOZ面XOZ面YOZ面GHz安裝安裝安裝安裝安裝安裝安裝安裝安裝安裝安裝安裝腔A腔B腔C腔A腔B腔C腔A腔B腔C腔A腔B腔Cf01≥0.6≥2.0≥2.2≥-0.1≥2.0≥3.4≥-2.0≥-2.5≥0.3≥-0.7≥0.1≥-0.2f11≥-1.6≥-4.9≥5.9≥-2.8≥2.2≥3.8≥-7.4≥-4.9≥1.3≥-4.1≥-7.1≥-2.5f21≥4.5≥4.8≥7.0≥2.6≥2.1≥4.3≥1.4≥-2.0≥2.0≥-0.5≥2.3≥0.9f31≥4.0≥3.6≥5.8≥2.7≥4.6≥5.4≥-3.7≥-7.8≥-2.0≥-0.6≥2.6≥2.3f41≥5.6≥-11.5≥0.2≥-0.4≥-3.0≥5.4≥1.4≥-11.5≥0.2≥-2.8≥-3.0≥0.3f51≥-7.9≥2.8≥2.2≥-3.2≥-1.0≥0.7≥-7.9≥-4.4≥-1.5≥-3.2≥-1.1≥0.7f61≥2.6≥3.8≥5.3≥5.3≥-1.2≥4.1≥-1.6≥-0.5≥0.8≥2.7≥-1.2≥0.8注:安裝腔體A尺寸為82mm×55mm×35.5mm；安裝腔體B尺寸為90mm×78mm×35.5mm；安裝腔體C尺寸為100mm×96mm×32.5mm；表中增益單位為“dBic”。(2)X波段天線仿真結(jié)果1)線極化端口電壓駐波比圖3.37X波段天線VSWR隨頻率變化曲線注:3、4端口激勵(lì)源相位分別為0o、90o；黑色實(shí)線曲線表示X波段天線端口3的電壓駐波比；黑色虛線表示X波段天線端口4的電壓駐波比。由圖3.37可知，X波段天線線極化端口3、4在fL2~fH2的工作頻帶范圍內(nèi)，54 第三章彈載小型化寬波束雙極化天線設(shè)計(jì)電壓駐波比最大值為2.4（m1）。所以，X波段圓極化天線3、4兩個(gè)端口在fL2~fH2的工作頻帶范圍內(nèi)，符合VSWR≤2.5的技術(shù)指標(biāo)要求。2)輻射方向圖天線工作在f=fL2、f=f12、f=fH2頻點(diǎn)處的立體方向圖、平面方向圖為：○1.f=fL2A.線極化方向圖（3端口單獨(dú)激勵(lì)）a.φ（phi）=150°平面方向圖圖3.38天線φ（phi）=150°平面的方向圖（f=fL2）由圖3.38可知，當(dāng)天線工作在fL2時(shí)，在φ（phi）=150°平面上，0°方向上增益為7.6dB（點(diǎn)m1），-45°方向上的增益為3.8dB（點(diǎn)m2），45°方向上的增益為3.6dB（點(diǎn)m3）。所以，天線工作在fL2時(shí)，在φ（phi）=150°平面上，其±45°波束范圍內(nèi)增益都大于3.6dB。b.φ（phi）=240°平面方向圖圖3.39天線φ（phi）=240°平面的方向圖（f=fL2）55 西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文由圖3.39可知，當(dāng)天線工作在fL2時(shí)，在φ（phi）=240°平面上，0°方向上增益為7.6dB（點(diǎn)m1），-45°方向上的增益為1.9dB（點(diǎn)m2），45°方向上的增益為-3.0dB（點(diǎn)m3）。B.圓極化方向圖（3、4端口激勵(lì)源相位分別為0o、90o）a.立體方向圖圖3.40S/C波段天線三維仿真結(jié)果（f=fL2）由圖3.40可知，fL2對(duì)應(yīng)RHCP增益為7.7dB。b.俯仰面（XOZ）方向圖圖3.41S/C波段天線的俯仰面（XOZ）的方向圖（f=fL2）由圖3.41可知，當(dāng)S/C天線單元工作在fL2時(shí)，0°方向上的RHCP增益為6.8dB（點(diǎn)m1）；±45°范圍內(nèi)的RHCP增益大于0.5dB。56 第三章彈載小型化寬波束雙極化天線設(shè)計(jì)c.俯仰面（YOZ）方向圖圖3.42S/C波段天線的俯仰面（YOZ）的方向圖（f=fL2）由圖3.42可知，當(dāng)S/C天線單元工作在fL2時(shí)，0°方向上的RHCP增益為6.8dB（點(diǎn)m1）；±45°范圍內(nèi)的RHCP增益大于1.1dB?！?.f=f12A.線極化方向圖（3端口單獨(dú)激勵(lì)）a.φ（phi）=150°平面方向圖圖3.43天線φ（phi）=150°平面的方向圖（f=f12）由圖3.43可知，當(dāng)天線工作在f12時(shí)，在φ（phi）=150°平面上，0°方向上增益為5.9dB（點(diǎn)m1），，-45°方向上的增益為4.4dB（點(diǎn)m2），45°方向上的增益為2.4dB（點(diǎn)m3）。b.φ（phi）=240°平面方向圖57 西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文圖3.44天線φ（phi）=240°平面的方向圖（f=f12）由圖3.44可知，當(dāng)天線工作在f12時(shí)，在φ（phi）=240°平面上，0°方向上增益為5.9dB（點(diǎn)m1），-45°方向上的增益為-1.3dB（點(diǎn)m2），45°方向上的增益為0dB（點(diǎn)m3）。B.圓極化方向圖（3、4端口激勵(lì)源相位分別為0o、90o）a.立體方向圖圖3.45S/C波段天線三維仿真結(jié)果（f=f12）由圖3.45可知，f12對(duì)應(yīng)RHCP增益為8.0dB。b.俯仰面（XOZ）方向圖58 第三章彈載小型化寬波束雙極化天線設(shè)計(jì)圖3.46S/C波段天線的俯仰面（XOZ）的方向圖（f=f12）由圖3.46可知，當(dāng)S/C天線單元工作在f12時(shí)，0°方向上的RHCP增益為6.5dB（點(diǎn)m1）；±45°范圍內(nèi)的RHCP增益大于0dBi。c.俯仰面（YOZ）方向圖圖3.47S/C波段天線的俯仰面（YOZ）的方向圖（f=f12）由圖3.47可知，當(dāng)S/C天線單元工作在f12時(shí)，0°方向上的RHCP增益為6.5dB（點(diǎn)m1）；±45°范圍內(nèi)的RHCP增益大于1.0dB?！?.f=fH2A.線極化方向圖（3端口單獨(dú)激勵(lì)）a.φ（phi）=150°平面方向圖59 西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文圖3.48天線φ（phi）=45°平面的方向圖（f=fH2）由圖3.48可知，當(dāng)天線工作在fH2時(shí)，在φ（phi）=150°平面上，0°方向上增益為8.3dB（點(diǎn)m1），-45°方向上的增益為-1.1dB（點(diǎn)m2），45°方向上的增益為-1.2dB（點(diǎn)m3）。b.φ（phi）=240°平面方向圖圖3.49天線φ（phi）=240°平面的方向圖（f=fH2）由圖3.49可知，當(dāng)天線工作在fH2時(shí)，在φ（phi）=240°平面上，0°方向上增益為8.3dB（點(diǎn)m1），-45°方向上的增益為1.4dB（點(diǎn)m2），45°方向上的增益為1.8dB（點(diǎn)m3）。B.圓極化方向圖（3、4端口激勵(lì)源相位分別為0o、90o）a.立體方向圖60 第三章彈載小型化寬波束雙極化天線設(shè)計(jì)圖3.50S/C波段天線三維仿真結(jié)果（f=fH2）由圖3.50可知，fH2對(duì)應(yīng)RHCP增益為9.5dB。b.俯仰面（XOZ）方向圖圖3.51S/C波段天線的俯仰面（XOZ）的方向圖（f=fH2）由圖3.51可知，當(dāng)S/C天線單元工作在fH2時(shí)，0°方向上的RHCP增益為8.8dB（點(diǎn)m1）；±45°范圍內(nèi)的RHCP增益大于-1.8dB。c.俯仰面（YOZ）方向圖61 西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文圖3.52S/C波段天線的俯仰面（YOZ）的方向圖（f=fH2）由圖3.52可知，當(dāng)S/C天線單元工作在fH2時(shí)，0°方向上的RHCP增益為8.8dB（點(diǎn)m1）；±45°范圍內(nèi)的RHCP增益大于-2.1dB。綜合以上仿真分析結(jié)果，X波段天線在工作頻帶內(nèi)天線增益對(duì)比表如表3.8所示。表3.8X波段天線增益表俯仰面±30°（θ）增益俯仰面±45°（θ）增益頻（右旋圓極化）（右旋圓極化）率XOZ面YOZ面XOZ面YOZ面GHz安裝安裝安裝安裝安裝安裝安裝安裝安裝安裝安裝安裝腔A腔B腔C腔A腔B腔C腔A腔B腔C腔A腔B腔CfL2≥2.1≥2.4≥1.6≥2.6≥1.3≥1.2≥-6.7≥-7.7≥0.3≥0.9≥1.3≥1.1f02≥-4.8≥-9.4≥-2.6≥1.3≥-8.4≥-0.1≥-4.8≥-9.4≥-2.6≥-0.7≥-8.4≥-0.1f12≥-0.5≥0≥4.0≥1.9≥3.3≥1.5≥-0.5≥-1.4≥0≥1.1≥2.9≥1.0f22≥3.5≥3.3≥3.8≥6.4≥0.8≥0.9≥-3.1≥-2.7≥-2.0≥0.1≥0.8≥-0.1fH2≥4.4≥1.6≥5.0≥-2.5≥-3.5≥5.5≥-1.4≥1.6≥-1.8≥-2.5≥-3.5≥-2.1注:安裝腔體A尺寸為82mm×55mm×35.5mm；安裝腔體B尺寸為90mm×78mm×35.5mm；安裝腔體C尺寸為100mm×96mm×32.5mm；表中增益單位為“dBic”。3.6天線設(shè)計(jì)結(jié)論通過(guò)對(duì)所設(shè)計(jì)的天線進(jìn)行仿真，可得到表3.9、表3.10所示的設(shè)計(jì)性能對(duì)照表。1.S/C波段天線對(duì)照表62 第三章彈載小型化寬波束雙極化天線設(shè)計(jì)表3.9單個(gè)S/C波段天線性能對(duì)照表參數(shù)要求指標(biāo)設(shè)計(jì)性能復(fù)核情況頻率fL1~fH1fL1~fH1符合駐波≤2.5≤2.5符合極化方式雙/圓極化雙/圓極化符合頻率（XOZ面）（YOZ面）（GHz）（dB）（dB）f01≥0.3≥-0.2方f11≥1.3≥-2.5向G±45°≥-2dBf21≥2.0≥0.9基本符合圖f31≥-2.0≥2.3f41≥0.2≥0.3f51≥-1.5≥0.7f61≥0.8≥0.82.X波段天線對(duì)照表表3.10單個(gè)X波段天線性能對(duì)照表參數(shù)要求指標(biāo)設(shè)計(jì)性能復(fù)核情況頻率fL2~fH2fL2~fH2符合駐波≤2.5≤2.4符合極化方式雙/圓極化雙/圓極化符合頻率（XOZ面）（YOZ面）（GHz）（dB）（dB）方fL2≥0.3≥1.1向G±45°≥-2dBf02≥-2.6≥-0.1基本符合圖f12≥0≥1.0f22≥-2.0≥-0.1fH2≥-1.8≥-2.1由表3.9和表3.10所示的性能對(duì)照表可知，所設(shè)計(jì)的天線在工作頻率區(qū)間，所實(shí)現(xiàn)的電性能指標(biāo)如下：1.在fL2~fH2范圍內(nèi)的是駐波系數(shù)均小于2.5，符合指標(biāo)要求；fL2~fH2范圍內(nèi)的63 西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文駐波系數(shù)均小于2.4，符合指標(biāo)要求；2.極化形式為雙極化，滿足指標(biāo)要求；3.S/C/X天線的整體尺寸滿足指標(biāo)要求（100mm×96mm×32.5mm）；64 第四章寬帶全向水平極化天線第四章寬帶全向水平極化天線摘要：本章設(shè)計(jì)了具有寬帶特性的全向水平極化天線陣列。本天線由包含4個(gè)扇形雙偶極子結(jié)構(gòu)的圓形陣列、一分四功率分配網(wǎng)絡(luò)、四個(gè)反射器和十二個(gè)引向器組成。加工了天線實(shí)物并測(cè)量了電參數(shù)指標(biāo)，整體尺寸為0.66λL×0.66λL×0.01λL（λL是最低工作頻率對(duì)應(yīng)自由空間波長(zhǎng)）。天線的相對(duì)阻抗帶寬是98.3%(1.245-3.652GHz)。在1.245-3.519GHz(95.5%)頻帶內(nèi)，天線在水平面增益變化小于3dB。在阻抗帶寬內(nèi)，天線在水平面的交叉極化與主極化比低于-20dB。4.1引言全向天線按照其工作極化方式可以分為全向水平極化天線，全向垂直極化天線，全向圓極化天線等，具有實(shí)現(xiàn)信號(hào)360°范圍覆蓋的優(yōu)點(diǎn)。其中，全向水平極化天線應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，研究表明，收發(fā)端均采用水平極化天線相比收發(fā)端均采用垂直極化天線可以獲得更多的功率，即可以更加有效地增加通信范圍[35][36]。同時(shí)，全向水平極化天線也被應(yīng)用在極化分集系統(tǒng)中，以提高通信鏈路的可靠性[37]。而天線帶寬決定著通信數(shù)據(jù)速率，所以為了滿足高數(shù)據(jù)率和多頻段通信的需要，有必要設(shè)計(jì)寬帶的全向水平極化天線[38]。在此，本章設(shè)計(jì)了工作在1.245-3.652GHz頻帶的全向水平極化天線陣，測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，所設(shè)計(jì)天線獲得了97.9%的阻抗帶寬（|S11|<-10dB），應(yīng)用頻段區(qū)間為1.253GHz~3.657GHz。4.2天線的技術(shù)指標(biāo)(1)工作頻率：1.25-3.65GHz（98.0%）；(2)端口反射系數(shù)：≤-10dB；(3)極化方式：水平極化；(4)方向圖：類單極子輻射方向圖；(5)增益：Gain≥0dB；(6)尺寸：Φ160mm×1mm（直徑x高）。4.3天線設(shè)計(jì)難點(diǎn)分析根據(jù)技術(shù)指標(biāo)可以看出，該天線在設(shè)計(jì)時(shí)需要克服以下難點(diǎn)：（1）剖面尺寸要求高65 西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文指標(biāo)要求天線整體的高度H≤1mm，約為0.004λL，對(duì)于傳統(tǒng)的低剖面天線而言，微帶天線滿足低剖面要求，但是其很難實(shí)現(xiàn)水平面的全向水平極化輻射性能。因此，如何設(shè)計(jì)出一個(gè)寬帶的天線形式以滿足低剖面的要求是本設(shè)計(jì)的難點(diǎn)之一。（2）帶寬要求高指標(biāo)要求所設(shè)計(jì)的天線工作在1.25-3.65GHz，阻抗帶寬為98.0%（|S11|<-10dB）。因此，如何在相對(duì)小的尺寸內(nèi)，設(shè)計(jì)出符合寬帶要求的天線是本設(shè)計(jì)的難點(diǎn)之二。（3）帶寬內(nèi)增益要求較高由于天線的寬帶特性，而同時(shí)又要求在天線工作帶寬內(nèi)均需滿足增益Gain≥0dB，且滿足全向輻射要求，實(shí)現(xiàn)方向圖的穩(wěn)定性。因此，如何在天線陣列工作帶寬較寬的情況下，實(shí)現(xiàn)整個(gè)阻抗帶寬內(nèi)的增益Gain≥0dB以及方向圖的穩(wěn)定性是本設(shè)計(jì)的難點(diǎn)之三。由以上分析可以看出，剖面尺寸要求高、帶寬要求高、帶寬內(nèi)的增益Gain≥0dB以及方向圖的穩(wěn)定性是本設(shè)計(jì)的主要技術(shù)難點(diǎn)，因此，需要針對(duì)這些難點(diǎn)對(duì)天線的實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。4.4天線設(shè)計(jì)方案選擇通過(guò)上節(jié)的難點(diǎn)分析，初步設(shè)計(jì)采用水平面布陣的方式實(shí)現(xiàn)，可以同時(shí)滿足低剖面+水平極化全向輻射的性能。本節(jié)根據(jù)上一節(jié)所提出的三個(gè)天線設(shè)計(jì)難點(diǎn)，給出了天線的設(shè)計(jì)方案，重點(diǎn)闡述天線的結(jié)構(gòu)形式、饋電網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)以及工作帶寬內(nèi)增益的改善。4.4.1低剖面的實(shí)現(xiàn)方式為了解決以上分析的技術(shù)難點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)了扇形雙偶極子作為天線陣列的單元，結(jié)構(gòu)如下圖4.1所示。圖4.1陣列單元66 第四章寬帶全向水平極化天線首先，設(shè)計(jì)一種改進(jìn)型的雙偶極子，改進(jìn)后的雙偶極子擁有和普通偶極子類似的輻射特性。在此雙偶極子中，較長(zhǎng)偶極子和較短偶極子的長(zhǎng)度分別受較低工作頻率和較高工作頻率所影響[39]。所設(shè)計(jì)的雙偶極子可以理解為寬條平面偶極子和傳統(tǒng)雙偶極子的結(jié)合。然后，所設(shè)計(jì)的平面雙偶極子進(jìn)一步改進(jìn)為扇形結(jié)構(gòu)的雙偶極子，以盡量展寬其輻射波束寬度。接下來(lái)由四個(gè)完全相同的所設(shè)計(jì)的扇形雙偶極子組成四元環(huán)形陣列，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化扇形雙偶極子的尺寸，同時(shí)在沒(méi)有饋電網(wǎng)絡(luò)的情況下陣列單元之間的距離被優(yōu)化以獲得更好的輻射特性。4.4.2饋電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由上，陣列單元間距離被優(yōu)化后，需要設(shè)計(jì)與之匹配的饋電網(wǎng)絡(luò)，所設(shè)計(jì)的饋電網(wǎng)絡(luò)由四個(gè)微帶巴倫和一分四功分器組成，結(jié)構(gòu)如下圖所示。在圖中，微帶巴倫在A點(diǎn)輸入阻抗被設(shè)置為50Ω，其理論分析見(jiàn)[33]。所以四個(gè)微帶巴倫可以簡(jiǎn)化成四個(gè)阻抗為50Ω的負(fù)載，每個(gè)50Ω輸入阻抗經(jīng)過(guò)一段微帶阻抗變換線轉(zhuǎn)換成200Ω，然后四個(gè)200Ω輸入阻抗在中心處并聯(lián)連接，以匹配到50Ω同軸線。其中，陣列單元距離中心饋電點(diǎn)的距離限制80mm（0.33λL)以內(nèi)，尺寸相對(duì)較小，需要滿足饋電網(wǎng)絡(luò)+陣列單元的尺寸要求。因此，設(shè)計(jì)中將此段微帶阻抗變換線進(jìn)行彎折處理，以增加微帶阻抗變換線的長(zhǎng)度達(dá)到阻抗變換的目的，即如圖4.2所示，此段阻抗變換線最終設(shè)計(jì)形式如圖中所示。圖4.2饋電網(wǎng)絡(luò)4.4.3增益改善最后的難點(diǎn)是如何在整個(gè)工作頻率區(qū)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)相對(duì)較高的增益，并且有相對(duì)穩(wěn)定的輻射方向圖特性，在此設(shè)計(jì)中，計(jì)劃采用12個(gè)引向器和4個(gè)反射器用以解67 西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文決此難點(diǎn)。其中，引向器用于在一定程度上改善增益、不圓度以及阻抗匹配程度。在未添加反射器的情況下，圖4.3中繪制了天線電流分布情況（f=2.0GHz），即在扇形雙偶極子上形成了逆時(shí)針?lè)较虻沫h(huán)形電流分布，也就是具有了較好全向輻射特性的場(chǎng)分布。同時(shí)由于在雙偶極子和引向器之間互耦的影響，引向器同樣具有了較強(qiáng)的電流分布，即說(shuō)明引向器被有效激勵(lì)。而引向器具體對(duì)增益以及不圓度的影響效果由下圖所示，由圖4.4(a)可知，引向器的引入有效提高了天線陣列的增益，尤其對(duì)于較高頻率的頻段增益提高了至少3dB。圖4.4(b)給出了引向器對(duì)于不圓度的影響效果，由圖可知，在低頻段天線方向圖的不圓度得到了改善，雖然在中間頻段的不圓度有所惡化，但是從方向圖3dB不圓度的帶寬來(lái)看，引向器的引入使得3dB不圓度的帶寬增加了40.9%。此外，由于扇形雙偶極子和引向器之間互耦，也影響了天線整體的|S11|仿真參數(shù)。圖4.5描繪了引向器對(duì)于天線輸入阻抗的影響曲線，圖展示了引向器對(duì)天線|S11|仿真參數(shù)的影響曲線。由圖可知，引向器的引入使得天線整體的輸入電阻更加接近50Ω，整體的輸入電抗更加地接近0Ω，因此，天線的阻抗匹配得到了有效改善，同樣在圖中也驗(yàn)證了這一影響，即引向器的引入有效降低了天線整體的|S11|仿真參數(shù)，獲得了更好的阻抗匹配特性。圖4.3F=2.0GHz處電流分布(a)(b)圖4.4引向器對(duì)增益和不圓度的影響曲線68 第四章寬帶全向水平極化天線圖4.5引向器對(duì)輸入阻抗和|S11|的影響曲線圖4.6繪制了反射器引入前后對(duì)增益的影響曲線，由圖可以看出，在2.0–2.5GHz的增益值相對(duì)較低，最小增益值低于0dB。根據(jù)傳統(tǒng)八木天線理論可知，反射器可以提高定向增益，在此設(shè)計(jì)中，嘗試采用添加四個(gè)反射器用以提高天線陣列在中間頻段的增益，使得最小增益大于0dB。圖給出了反射器的引入對(duì)天線陣列增益的影響曲線，由圖可知，對(duì)于中間頻段，反射器的添加提高了天線陣列的增益。然而，由于尺寸和結(jié)構(gòu)的限制，很難設(shè)計(jì)效果更好的引向器，即使如此，反射器的引入同樣使得天線陣列在中間頻段的增益提高了高達(dá)0.5dB，使得天線陣列在整個(gè)工作頻率區(qū)間內(nèi)的增益達(dá)到了0dB以上，達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)。圖4.6反射器對(duì)天線增益影響曲線4.5寬帶全向水平極化天線仿真分析根據(jù)對(duì)上述實(shí)現(xiàn)途徑方案的分析，擬采用扇形雙偶極子作為陣列單元，組成四元環(huán)形天線陣列，同時(shí)采用具有四個(gè)微帶巴倫的饋電網(wǎng)絡(luò)對(duì)天線陣列進(jìn)行饋電，并且添加了反射器和引向器用以改變天線陣列的增益和全向輻射特性。該方案不僅可以實(shí)現(xiàn)寬帶特性，還能使得天線陣列在整個(gè)工作頻率區(qū)間內(nèi)的增益達(dá)到0dB69 西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文以上。本節(jié)采用ANSYSHFSS13.0對(duì)所設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行了模型建立，并進(jìn)行了仿真分析。4.5.1仿真分析模型(a)(b)圖4.7天線仿真模型在圖4.7中，所設(shè)計(jì)的天線陣列包括四個(gè)平面扇形雙偶極子、帶有巴倫的一分四功分饋電網(wǎng)絡(luò)、四個(gè)反射器以及十二個(gè)引向器。介質(zhì)基板小表面覆有四個(gè)雙偶極子、反射器和引向器，上表面覆有帶有巴倫的饋電網(wǎng)絡(luò)。介質(zhì)基板具體材料為FR-4，設(shè)定電參數(shù)為εr=4.4,tanδ=0.02，其尺寸是Φ160mm×1mm。特性阻抗50Ω的同軸饋線在FR-4板材的中心連接饋電網(wǎng)絡(luò)。在圖中給出了天線陣列底部的結(jié)構(gòu)參數(shù)，四個(gè)扇形雙偶極子在結(jié)構(gòu)尺寸上完全相同，反射器和引向器相對(duì)于介質(zhì)基板中心程中心對(duì)稱分布，四個(gè)反射器也具有完全相同的結(jié)構(gòu)尺寸。此外，在圖中給出了天線陣列頂部的結(jié)構(gòu)參數(shù)，饋電網(wǎng)絡(luò)相對(duì)于介質(zhì)基板中心對(duì)稱，饋電網(wǎng)絡(luò)包含一個(gè)一分四功分器和四個(gè)微帶巴倫，微帶巴倫的扇形部分包含三個(gè)半徑和弧度不一的扇形結(jié)構(gòu)。微帶巴倫一方面實(shí)現(xiàn)了平衡轉(zhuǎn)換，另一方面兼有阻抗變換的效果。經(jīng)過(guò)HFSS電磁仿真分析優(yōu)化后，詳細(xì)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)尺寸分別位于圖4.7和表4.1中。70 第四章寬帶全向水平極化天線表4.1天線結(jié)構(gòu)尺寸表參數(shù)R1W1R2W2R3W3R4W4R5W5數(shù)值(mm)23234.53.539652106713參數(shù)R6W6L7W7L8W8LCRCGLGW數(shù)值(mm)4927.531.61.89.9119.94.431.521參數(shù)WSWDL9W9L10W10L11W11L12W12數(shù)值(mm)75.480.1130.22.50.413.50.8參數(shù)L13W13L14W14L15W15R7R8R9數(shù)值(mm)5.70.771.18.21.435.510.5參數(shù)θ1θ2θ3θ4θ5θ6θ7θ8θ9數(shù)值(mm)3488802921.4265060764.5.2仿真計(jì)算條件(1)仿真分析模型寬帶全向水平極化天線(2)仿真分析相關(guān)參數(shù)1)．天線陣列整體尺寸為：Φ160mm×1mm；2)．仿真材料參數(shù)：介質(zhì)基板仿真材料為FR4，εr=4.4,tanδ=0.02；(3)公差設(shè)置：0；(4)仿真環(huán)境：自由空間；(5)仿真分析軟件：采用ANSYSHFSS13.0對(duì)寬帶全向水平極化天線進(jìn)行了仿真分析。4.5.3仿真分析結(jié)果(1)反射系數(shù)仿真結(jié)果圖4.8|S11|變化曲線71 西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文從圖4.8中可以看出，所設(shè)計(jì)天線饋電端口的10dB阻抗帶寬為98.3%，覆蓋頻帶為1.245-3.652GHz。將圖4.8中曲線的詳細(xì)數(shù)值匯總?cè)缦卤?.2所示。表4.2各頻點(diǎn)|S11|仿真數(shù)值頻點(diǎn)(GHz)1.251.52.02.53.03.5|S11|(dB)-10.8-10.0-16.9-12.7-11.5-10.3從表4.2中可以看出，在1.25-3.5GHz范圍內(nèi)，饋電端口|S11|≤-10.0dB。(2)增益仿真結(jié)果圖4.9增益相對(duì)頻率關(guān)系在圖4.9中，在1.245-3.652GHz頻帶范圍內(nèi)，天線增益≥0.2dB。表4.3給出了圖中曲線各頻點(diǎn)增益的具體仿真數(shù)值。表4.3各頻點(diǎn)增益數(shù)值頻點(diǎn)（GHz）1.251.52.02.53.03.5增益（dB）0.30.70.40.92.91.6(3)方向圖仿真結(jié)果1）F=1.3GHz時(shí)的方向圖A.三維立體方向圖72 第四章寬帶全向水平極化天線圖4.101.3GHz立體方向圖仿真結(jié)果由圖4.10可知，在1.3GHz處，天線陣列的主極化（水平極化）增益Gainphi=0.9dB。B.XOZ平面方向圖圖4.111.3GHz處XOZ面方向圖(0°方向?yàn)?z軸方向）由圖4.11可以看出，1.3GHz頻點(diǎn)的XOZ面上，天線主極化（水平極化）波束輻射功率沿著天線面切線方向最大，且Gain=0.9dB（m1），交叉極化對(duì)應(yīng)增益為-47.6dB（m2）。C.XOY平面方向圖73 西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文圖4.121.3GHz處XOY面方向圖(0°方向?yàn)?z軸方向）由圖4.12可以看出，1.3GHz頻點(diǎn)的XOY面上，天線主極化（水平極化）波束輻射功率沿著天線面切線方向有著較好的全向性，且Gain=0.9dB（m1），最大增益與最小增益差值為0.1dB（m1-m2），交叉極化增益為-47.6dB（m3）。2）F=2.3GHz方向圖A.三維立體方向圖圖4.132.3GHz立體方向圖仿真結(jié)果由圖4.13可知，在2.3GHz處，天線陣列的主極化（水平極化）增益Gainphi=0.2dB。B.XOZ平面方向圖74 第四章寬帶全向水平極化天線圖4.142.3GHz處XOZ面方向圖(0°方向?yàn)?z軸方向）由圖4.14可以看出，2.3GHz頻點(diǎn)的XOZ面上，天線主極化（水平極化）波束輻射功率最大為-0.1dB（m1），交叉極化對(duì)應(yīng)增益為-31.5dB（m2）。C.XOY平面方向圖圖中實(shí)線和虛線分別為主極化（水平極化）和交叉極化增益。圖4.152.3GHz處XOY面方向圖(0°方向?yàn)?z軸方向）由圖4.15可以看出，2.3GHz頻點(diǎn)的XOY面上，天線主極化（水平極化）波束輻射功率沿著天線面切線方向有著較好的全向性，且Gain=0.2dB（m1），最大增益與最小增益差值為0.6dB（m1-m2），交叉極化增益為-58.0dB（m3）。75 西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文3）F=3.3GHz時(shí)的方向圖A.三維立體方向圖圖4.163.3GHz立體方向圖仿真結(jié)果由圖4.16可知，在3.3GHz處，天線陣列的主極化（水平極化）增益Gainphi=2.9dB。B.XOZ平面方向圖圖中實(shí)線和虛線分別為主極化（水平極化）和交叉極化增益。圖4.173.3處GHzXOZ面方向圖(0°方向?yàn)?z軸方向）由圖4.17可以看出，3.3GHz頻點(diǎn)的XOZ面上，天線主極化（水平極化）波束輻射功率最大為0.4dB（m1），交叉極化對(duì)應(yīng)增益為-39.6dB（m2）。C.XOY平面方向圖圖中實(shí)線和虛線分別為主極化（水平極化）和交叉極化增益。76 第四章寬帶全向水平極化天線圖4.183.3GHz處XOY面方向圖(0°方向?yàn)?z軸方向）由圖4.18可以看出，3.3GHz頻點(diǎn)的XOY面上，天線主極化（水平極化）波束輻射功率沿著天線面切線方向有著較好的全向性，且Gain=2.8dB（m1），最大增益與最小增益差值為2.9dB（m1-m2），交叉極化增益為-34.8dB（m3）。4.5.4仿真參數(shù)分析本節(jié)對(duì)設(shè)計(jì)中較為敏感的參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化和分析，當(dāng)研究一個(gè)參數(shù)的影響時(shí)，其它所有參數(shù)保持不變。1.θ2對(duì)反射系數(shù)S11的影響θ2是扇形雙偶極子中較長(zhǎng)偶極子的弧度，其參數(shù)大小影響扇形偶極子的諧振長(zhǎng)度，即可以影響偶極子的諧振頻率，因此可以通過(guò)調(diào)節(jié)θ2的弧度實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。圖4.19給出了當(dāng)θ2變化時(shí)天線陣列饋電端口反射系數(shù)|S11|的變化曲線。圖4.19不同θ2,θ3弧度下|S11|變化曲線圖4.19中，θ2設(shè)為88deg時(shí)，反射系數(shù)幅度|S11|≤-10dB的帶寬最寬，這是77 西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文因?yàn)樯刃坞p偶極子在較低頻率實(shí)現(xiàn)了較好的阻抗匹配。當(dāng)θ2變化時(shí)對(duì)較低頻率的阻抗匹配影響較為明顯，θ2變大時(shí)低頻諧振頻點(diǎn)向更低頻率方向轉(zhuǎn)移，同時(shí)在低頻段反射系數(shù)幅度|S11|有增大趨勢(shì)，θ2變小時(shí)低頻諧振頻點(diǎn)向更高頻率方向轉(zhuǎn)移，同時(shí)在低頻段反射系數(shù)幅度|S11|有減小趨勢(shì)。2.R9對(duì)反射系數(shù)S11的影響R9是饋電網(wǎng)絡(luò)中扇形微帶巴倫的最大半徑，這一部分可以被看作一段開(kāi)路枝節(jié)，所以這部分長(zhǎng)度影響著微帶巴倫的匹配特性，進(jìn)而影響?zhàn)侂姸丝诘姆瓷湎禂?shù)S11。圖4.20給出了當(dāng)R9變化時(shí)天線饋電端口|S11|的變化曲線。圖4.20不同R9長(zhǎng)度下|S11|隨頻率變化曲線圖4.20中，R9設(shè)為10.5mm時(shí)，反射系數(shù)幅度|S11|≤-10dB的帶寬最寬，當(dāng)R9變化時(shí)|S11|曲線圖隨之變化。R9變大時(shí)高頻諧振頻點(diǎn)|S11|變大導(dǎo)致阻抗失配；R9變小時(shí)低頻段|S11|變化較為明顯，導(dǎo)致低頻諧振點(diǎn)向高頻偏移，阻抗帶寬變窄，同時(shí)在低頻段反射系數(shù)幅度|S11|有減小趨勢(shì)。3.θ6對(duì)增益的影響θ6是扇形引向器的弧度，其尺寸影響引向器的諧振頻率進(jìn)而對(duì)天線的輻射方向圖產(chǎn)生一定的影響。圖4.21給出了當(dāng)θ6變化時(shí)天線水平面增益變化程度的曲線圖4.21不同弧度θ6下天線水平面不圓度78 第四章寬帶全向水平極化天線圖4.21中，當(dāng)θ6設(shè)為26deg時(shí)，天線在水平面內(nèi)增益變化最穩(wěn)定，3dB不圓度頻率區(qū)間最寬。當(dāng)θ6設(shè)為24deg時(shí)，高頻段增益變化趨勢(shì)縮小，低頻段趨勢(shì)相反，但其3dB不圓度頻率區(qū)間變窄；當(dāng)θ6設(shè)為28deg時(shí)，高頻段增益變化趨勢(shì)顯著擴(kuò)大，低頻段趨勢(shì)相反。4.5.5仿真設(shè)計(jì)結(jié)論對(duì)寬帶全向水平極化天線進(jìn)行仿真分析，可得到下表4.4所示的性能對(duì)照表。表4.4寬帶全向水平極化天線性能對(duì)照表參數(shù)技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)性能復(fù)核情況工作頻率1.25-3.65GHz1.245-3.652GHz符合反射系數(shù)≤-10dB≤-10dB符合增益≥0dB≥0.2dB優(yōu)于極化方式水平極化水平極化符合方向圖水平面：形狀“圓形”水平面：形狀“圓形”符合尺寸≤Φ160mm×1mmΦ160mm×1mm符合由表4.4中可以看出，（1）在1.245-3.652GHz范圍內(nèi)饋電端口|S11|≤-10dB。（2）在1.245-3.652GHz范圍內(nèi)，天線陣列增益Gain≥0.2dB。（3）工作方式為水平極化，滿足天線極化要求。（4）方位面內(nèi)形成了全向輻射方向圖，工作帶寬內(nèi)不圓度≤3dB，交叉極化與主極化比低于-20dB。（5）天線整體尺寸為Φ160mm×1mm。4.6實(shí)物及測(cè)試本節(jié)我們?cè)趫D和表給出的優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)和尺寸的基礎(chǔ)上，對(duì)所設(shè)計(jì)的寬帶全向水平極化天線進(jìn)行了樣機(jī)加工和測(cè)試。圖4.22為所加工天線。79 西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文圖4.22寬帶全向水平極化天線實(shí)驗(yàn)樣機(jī)4.6.1阻抗特性測(cè)試原理根據(jù)天線測(cè)試原理，可以用天線的|S11|來(lái)衡量天線的阻抗匹配。|S11|的數(shù)值可以采用對(duì)應(yīng)頻段的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量出來(lái)，本次測(cè)量所采用儀器為Wiltron37269A。4.6.2增益測(cè)試原理在測(cè)量增益時(shí)，我們常采用的方法是將標(biāo)準(zhǔn)天線電平作為參考值進(jìn)行增益比較，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)天線測(cè)試方法增益可表示為：2Px1??sGG?(4-1)xs2Ps1??x式中，G為待測(cè)天線的增益；xP為待測(cè)天線接收的功率；xP為標(biāo)準(zhǔn)天線接收的功率；sG為標(biāo)準(zhǔn)天線的增益；s?為待測(cè)天線的反射系數(shù)幅度；x?為標(biāo)準(zhǔn)天線的反射系數(shù)幅度；s在天線阻抗匹配良好的情況下式（4-1）用dB可表示為：GP(dB)PG(dB)???(dB)(dB)(4-2)xxss根據(jù)比較法理論，圖4.23是測(cè)量天線增益的系統(tǒng)框圖，圖中右側(cè)表示標(biāo)準(zhǔn)天線和待測(cè)天線分別安裝在接收機(jī)上進(jìn)行測(cè)量。80 第四章寬帶全向水平極化天線圖4.23天線增益測(cè)試原理框圖注：Rmin為發(fā)射天線與待測(cè)天線間距最小值。4.6.3實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果(1)反射系數(shù)測(cè)試結(jié)果圖4.24給出了所設(shè)計(jì)天線饋電端口|S11|在不同頻率下的仿真值和測(cè)量值，圖中實(shí)線和虛線分別為|S11|的測(cè)試和仿真結(jié)果。由圖可知，反射系數(shù)幅度|S11|的測(cè)試結(jié)果帶寬為97.9%（1.253GHz-3.657GHz），反射系數(shù)幅度|S11|的仿真結(jié)果帶寬為98.3%（1.245GHz-3.652GHz）,表明|S11|的測(cè)試結(jié)果和仿真結(jié)果有很好的吻合度。圖4.24|S11|變化曲線所以，所加工天線樣機(jī)饋電端口的|S11|≤-10dB，符合要求。(2)方向圖測(cè)試結(jié)果圖4.25為天線工作在1.3GHz、2.3GHz、3.3GHz處，天線在方位面和俯仰面的方向圖測(cè)試結(jié)果，并同時(shí)給出了交叉極化的仿真值和測(cè)試值。81 西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文HorizontalplaneElevationplane(XOY)(XOZ)（a）F=1.3GHz（b）F=2.3GHz（c）F=3.3GHz圖4.25天線平面方向圖測(cè)試結(jié)果（0°方向?yàn)?z軸方向）由圖4.25知，天線在方位面全向輻射特性良好，其中在三個(gè)頻點(diǎn)的不圓度測(cè)82 第四章寬帶全向水平極化天線量值分別為0.7dB,1.2dB和2.2dB，交叉極化與主極化比低于-28.3dB。圖4.26給出了增益的仿真值和測(cè)量值，以及效率的仿真值，測(cè)量增益值在0.1dB和4.6dB之間，天線效率的仿真值大部分在80%以上。圖4.26仿真增益與實(shí)測(cè)增益所以，天線在方位面增益Gain≥0dB，符合全向輻射的指標(biāo)要求。4.6.4測(cè)試結(jié)論通過(guò)對(duì)所加工的寬帶全向水平極化天線實(shí)驗(yàn)樣機(jī)測(cè)試，并將測(cè)試數(shù)據(jù)匯總與指標(biāo)中的要求進(jìn)行對(duì)比，如表4.5所示，最終可以得到本次測(cè)試的結(jié)論。表4.5寬帶全向水平極化天線性能對(duì)照表參數(shù)指標(biāo)要求測(cè)試性能復(fù)核情況工作頻率1.245-3.652GHz1.253-3.657GHz基本符合反射系數(shù)≤-10dB≤-10dB符合增益≥0dB≥0dB符合極化方式水平極化水平極化符合方向圖水平面：形狀“圓形”水平面：形狀“圓形”符合尺寸≤Φ160mm×1mmΦ160mm×1mm符合接口形式SMA-50-KFDSMA-50-KFD符合從表4.5中可以看出，（1）在1.253-3.657GHz頻帶范圍內(nèi)端口|S11|≤-10dB，基本滿足指標(biāo)要求。（2）在1.245-3.652GHz范圍內(nèi)，天線陣列增益G≥0dB，滿足≥0dB的指標(biāo)要求。（3）天線工作方式為水平極化，滿足天線極化要求。83 西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文（4）天線在俯仰面內(nèi)形成了“∞”方向圖；方位面內(nèi)形成了全向輻射方向圖，工作帶寬內(nèi)不圓度≤3dB。（5）天線整體尺寸為Φ160mm×1mm，滿足尺寸≤Φ160mm×1mm的指標(biāo)要求。4.7研究結(jié)論在本節(jié)中，設(shè)計(jì)并加工了一種基于雙偶極子單元的寬帶全向水平極化天線，同時(shí)設(shè)計(jì)了一種寬帶的一分四功率分配網(wǎng)絡(luò)。測(cè)量的阻抗帶寬為97.9%（1.253GHz-3.657GHz），仿真的阻抗帶寬為98.3%（1.245GHz-3.652GHz）。同時(shí)我們將對(duì)比所設(shè)計(jì)的寬帶全向水平極化天線的測(cè)試與初期仿真結(jié)果，并將對(duì)比結(jié)果匯總為表4.6所示的寬帶全向水平極化天線設(shè)計(jì)性能與測(cè)試性能對(duì)照表。表4.6寬帶全向水平極化天線性能對(duì)照表參數(shù)指標(biāo)要求設(shè)計(jì)性能測(cè)試性能復(fù)核情況工作頻率1.25-3.65GHz1.245-3.652GHz1.253-3.657GHz基本符合反射系數(shù)≤-10dB≤-10dB≤-10dB符合增益≥0dB≥0.2dB≥0dB符合極化方式水平極化水平極化水平極化符合方向圖水平面：全向水平面：全向水平面：全向符合尺寸≤Φ160mm×1mmΦ160mm×1mmΦ160mm×1mm符合由表4.5可知，所研制的寬帶全向水平極化天線在工作頻帶1.245-3.652GHz范圍內(nèi)，樣機(jī)的測(cè)試結(jié)果與仿真結(jié)果基本一致，達(dá)到了指標(biāo)要求，并具有一定的應(yīng)用前景。84 第五章結(jié)束語(yǔ)第五章結(jié)束語(yǔ)摘要：本章總結(jié)了論文的研究成果，包括彈載雙極化天線以及寬帶全向水平極化天線的設(shè)計(jì)，并在此基礎(chǔ)上分析了設(shè)計(jì)中仍可以改進(jìn)的問(wèn)題。5.1研究成果本文主要論述了彈載小型雙極化天線和寬帶全向水平極化天線的設(shè)計(jì)過(guò)程，并闡述了相關(guān)基礎(chǔ)理論。根據(jù)工程需要，在有限尺寸及復(fù)雜安裝環(huán)境的限制下，設(shè)計(jì)了一種彈載雙極化天線；并結(jié)合具體應(yīng)用，定性設(shè)計(jì)了一款寬帶全向水平極化天線和相對(duì)應(yīng)的饋電網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)對(duì)其重點(diǎn)電參數(shù)進(jìn)行了測(cè)試。論文的主要研究成果如下：（1）在安裝空間有限及環(huán)境復(fù)雜的情況下，根據(jù)天線的應(yīng)用背景，設(shè)計(jì)了具有寬波束雙極化特性的彈載天線。采用十字縫隙耦合饋電作為天線的基本形式，同時(shí)設(shè)計(jì)了載體結(jié)構(gòu)、在優(yōu)化了天線布局，實(shí)現(xiàn)了尺寸有限及安裝環(huán)境復(fù)雜情況下的雙極化輻射性能。所設(shè)計(jì)S/C和X天線在仿真條件下實(shí)現(xiàn)了在指標(biāo)要求帶寬內(nèi)的阻抗匹配，其電壓駐波比均低于2.5，為后續(xù)研究工作奠定了基礎(chǔ)。（2）根據(jù)天線基礎(chǔ)理論，結(jié)合應(yīng)用場(chǎng)景，設(shè)計(jì)并加工了具有寬頻帶和全向水平極化輻射特性的天線陣。該天線基于雙偶極子作為陣列單元，含有微帶巴倫的一分四功分器作為饋電網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)天線在有限尺寸下的寬帶輻射特性。重點(diǎn)闡述了天線的設(shè)計(jì)步驟以及實(shí)物樣機(jī)的測(cè)試結(jié)論。測(cè)量數(shù)據(jù)顯示所設(shè)計(jì)天線在1.253GHz~3.657GHz頻帶內(nèi)|S11|<-10dB，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了水平極化全向輻射方向圖，與仿真設(shè)計(jì)結(jié)果有很高的匹配程度，滿足設(shè)計(jì)要求。并根據(jù)研究成果，發(fā)表了一篇EI論文（已發(fā)表已檢索）。5.2需進(jìn)一步解決問(wèn)題文中主要介紹了彈載小型雙極化天線的設(shè)計(jì)和寬帶全向水平極化天線研制過(guò)程，并給出了相應(yīng)結(jié)果。但仍有一些問(wèn)題有待研究解決，主要包括以下兩個(gè)方面：（1）彈載小型雙極化天線設(shè)計(jì)首先，該天線安裝環(huán)境復(fù)雜，金屬腔體和頂部多層介質(zhì)對(duì)其輻射特性產(chǎn)生了很大的影響，所以在后續(xù)設(shè)計(jì)中，如何進(jìn)一步降低復(fù)雜安裝環(huán)境的影響仍是需要解決的問(wèn)題。其次，天線設(shè)計(jì)是在軟件理想仿真條件下進(jìn)行的，但由于所建立模型比較復(fù)雜，包含多種結(jié)構(gòu)和介質(zhì)材料，同時(shí)需要對(duì)天線進(jìn)行加工和測(cè)試，以驗(yàn)證仿真結(jié)果和實(shí)際85 西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文結(jié)果的差異性，為接下來(lái)的設(shè)計(jì)提供有效依據(jù)。（2）針對(duì)寬帶全向水平極化天線設(shè)計(jì)結(jié)合天線的仿真和測(cè)量結(jié)果，在2.0–2.5GHz區(qū)間內(nèi)的Gain較低，同時(shí)高頻段不圓度明顯增加，因此如何提高2.0–2.5GHz的增益和如何降低高頻段不圓度是今后有待解決的問(wèn)題。86 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)[1]列昂諾夫等編,黃虹譯.單脈沖雷達(dá)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社,1974.[2]SamuelM.Sherman.MonopulsePrinciplesandTechiques[M].ArtechHouse,1984.[3]Grimes,D.M.andC.A.Grimes.Cradar-Anopen-loopextended-monopulseautomotiveradar[J].IEEETrans.Veh.Technol.,1989,Vol.38,No.3:123-131.[4]楊志堅(jiān),焦永昌,周雷等.寬帶高增益定向雙極化天線設(shè)計(jì)[J].微波學(xué)報(bào),2016,8:478-481.[5]R.G.Vaughan.Polarizationdiversityinmobilecommunications[J].IEEETrans.Veh.Technol.,1990,vol.39,no.3,pp.177–186.[6]QuanXue,ShaoWeiLiao,andJianHuaXu.ADifferentially-DrivenDual-PolarizedMagneto-ElectricDipoleAntenna[J].IEEETRANSACTIONSONANTENNASANDPROPAGATION,2013,vol.61,no.1:425-430.[7]ZengdiBao,ZaipingNie,andXianzhengZong.ANovelBroadbandDual-PolarizationAntennaUtilizingStrongMutualCoupling[J].IEEETRANSACTIONSONANTENNASANDPROPAGATION,2014,vol.62,no.1:450-454.[8]Sai-WaiWong,Guang-HuaSun,LeiZhu,etal.BroadbandDual-PolarizationandStable-BeamwidthSlotAntennaFedbyU-ShapeMicrostripLine[J].IEEETRANSACTIONSONANTENNASANDPROPAGATION,2016,vol.64,no.10:4477-4481.[9]HeHuang,YingLiu,andShuxiGong.ANovelDual-BroadbandandDual-PolarizedAntennafor2G/3G/LTEBaseStations[J].IEEETRANSACTIONSONANTENNASANDPROPAGATION,2016,vol.64,no.9:4113-4118.[10]Ding-LiangWen,Dong-ZeZhengandQing-XinChu.ADual-polarizedPlanarAntennaUsingFourFoldedDipolesandItsArrayforBaseStations[J].IEEETRANSACTIONSONANTENNASANDPROPAGATION,2016,vol.64,no.12:5536-5542.[11]Ding-LiangWen,Dong-ZeZheng,andQing-XinChu.AWidebandDifferentiallyFedDual-PolarizedAntennawithStableRadiationPatternforBaseStations[J].IEEE.TRANSACTIONSONANTENNASANDPROPAGATION,2017,vol.65,no.5:2248-2255.[12]KaiSun,DeqiangYang,YongpinChen,etal.ABroadbandCommonlyFedDual-PolarizedAntenna[J].IEEEAntennasandWirelessPropagationLetters,2018,vol.17,no.5,pp.747–750.[13]C.-C.Lin,L.-C.Kuo,andH.-R.Chuang.AhorizontallypolarizedomnidirectionalprintedantennaforWLANapplications[J],IEEETrans.AntennasPropag.,2006，vol.54,no.11,pp.3551–3556.87 西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文[14]C.-H.Ahn,S.-W.Oh,andK.Chang.Adual-frequencyomnidirectionalantennaforpolarizationdiversityofMIMOandwirelesscommunicationapplications[J],IEEEAntennasWirelessPropag.Lett.,2009,vol.8,pp.966–969.[15]C.-Y.Chin,andChristinaF.Jou.ASlimHorizontallyPolarizedOmnidirectionalAntennaBasedonTurnstileSlotDipole[J],ProgressInElectromagneticsResearchC,2014,Vol.50,75-85.[16]B.Wang,F.Zhang,L.Jiang,Q.Li,andJ.Ren.ABroadbandOmnidirectionalAntennaArrayforBaseStation[J],ProgressInElectromagneticsResearchC,2014,Vol.54,95–101.[17]X.Zhang,X.Zhong,Z.Liu,andB.Li,AHorizontallyPolarizedOmnidirectionalAntennawithaReflectororCeiling-MountedIndoorApplications[J],ProgressInElectromagneticsResearchLetters,2015,Vol.54,27–32.[18]L.Zhou,Y.-C.Jiao,C.Zhang,Y.QiandT.Ni,WideBandwidthHorizontally-PolarizedOmnidirectionalAntennasorIndoorDistributedAntennaSystemApplications[J],ProgressInElectromagneticsResearchC,2016,Vol.61,47–54.[19]S.ZhangandM.Ye.AWidebandHorizontallyPolarizedOmnidirectionalAntennaWithCouplingLines[J],ProgressInElectromagneticsResearchLetters,2016,Vol.62,111–116.[20]X.Z.CaiandK.Sarabandi.Acompactbroadbandhorizontallypolarizedomnidirectionalantennausingplanarfoldeddipoleelements[J].IEEETrans.AntennasPropag.,2016,vol.64,no.2,pp.414–422.[21]Z.D.Wang,Y.Z.Yin,X.YingandJ.J.Wu,Designofawidebandhorizontallypolarizedomnidirectionalantennawithmutualcouplingmethod[J],IEEETrans.AntennasPropag.,2015,vol.63,no.7,pp.3311–3316.[22]K.Wei,Z.Zhang,andZ.Feng,Designofawidebandhorizontallypolarizedomnidirectionalprintedloopantenna[J],IEEEAntennasWirelessPropag.Lett.,2012,vol.11,pp.49–52.[23]Y.Zhang,Z.Zhang,Y.Li,andZ.Feng,Adual-loopantennainacagestructureforhorizontallypolarizedomnidirectionalpattern[J],IEEEAntennasWirelessPropag.Lett.,2013,vol.12,pp.1252-1255.[24]X.Cai,andK.Sarabandi,Acompactbroadbandhorizontallypolarizedomnidirectionalantennausingplanarfoldedelements[J],IEEETrans.AntennasPropagat.,2016,vol.64,no.2,pp.414-422.[25]D.Chizhik,J.Ling,andR.A.Valenzuela.Theeffectofelectricfieldpolarizationonindoorpropagation[J].InProc.IEEEInt,Conf.Univ.Pers.Commun.,1998,vol.1,pp.459–462.[26]C.Soras,M.Karaboikis,G.Tsachtsiris,andV.Makios.Analysisanddesignofaninvited-FantennaprintedonaPCMCIAcardforthe2.4GHzISMband[J].IEEEAntennasPropag.Mag.,2002,vol.44,no.1,pp.37–44.88 參考文獻(xiàn)[27]魏文元,宮德明，陳必森.天線原理[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社,1985.[28]鐘順時(shí).天線理論與技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2011.[29]JohnD.Kraus,RonaldJ.Marhefka.章文勛譯.天線[M].北京：電子工業(yè)出版社,2011.[30]林昌祿,聶在平.天線工程手冊(cè)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2002.[31]張鈞,劉克誠(chéng),張賢鐸.微帶天線理論與工程[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,1988.[32]JeffreyB.Knorr,Slot-LineTransitions[J].IEEETransactionsonMicrowaveTheoryandTechniques,1974,Vol.22,No.5:548-554.[33]R.Li,T.Wu,B.Pan,etal.Equivalent-CircuitAnalysisofaBroadbandPrintedDipoleWithAdjustedIntegratedBalunandanArrayforBaseStationApplications[J].IEEETrans.AntennasPropag.,2009,vol.57,no.7:2180–2184.[34]D.M.Pozar.MicrowaveEngineering,Seconded[M].NewYork:Wiley,1998,pp:211–211.[35]DmitryC，JonathanL，andReinaldoAv．Theeffectofelectricfieldpolarizationonindoorpropagation[C]．IEEEICUF’C,1998.[36]SorasC,KarahoiksM,TsachtsirisG,etal.Analysisanddesignofaninverted-FantennaprintedonaPCMCIAcardforthe2.4GHzISMband[J].IEEETransonAntennasandPropagation，2002,44(1):37—44.[37]K.Wei,Z.Zhang,andZ.Feng.Designofawidebandhorizontallypolarizedomnidirectionalprintedloopantenna[J].IEEEAntennasWirelessPropag.Lett.,2012,vol.11,pp.49–52.[38]Y.Zhang,Z.Zhang,Y.Li,andZ.Feng.Adual-loopantennainacagestructureforhorizontallypolarizedomnidirectionalpattern[J]IEEEAntennasWirelessPropag.Lett.,2013,vol.12,pp.1252-1255.[39]A.A.Eldek.Designofdoubledipoleantennawithenhancedusablebandwidthforsidebandphasedarrayapplications[J].Prog.Electromagn.Res.,2006,vol.59,pp.1–15.89 西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文90 致謝致謝本文是在我的導(dǎo)師張福順教授的悉心指導(dǎo)下完成的。在這里，衷心地感謝張老師。張老師是我科研道路上的引路人，我的每一點(diǎn)進(jìn)步都凝聚著張老師的汗水和心血。張老師學(xué)識(shí)淵博，工程經(jīng)驗(yàn)十分豐富。每當(dāng)我在科研中遇到了困難，張老師總是不厭其煩的為我講解，毫無(wú)保留地把自己的知識(shí)傳授于我。張老師以身作則，使我樹(shù)立了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲袘B(tài)度，并對(duì)電磁場(chǎng)與微波技術(shù)這門專業(yè)產(chǎn)生了濃厚的興趣。張老師為人正直，身以為范，在與張老師相處歲月中，他的樸實(shí)無(wú)華、平易近人的人格魅力也深深影響了我。本論文在寫(xiě)作過(guò)程中，張老師耐心指點(diǎn)，傾注了大量心血。在此對(duì)恩師張福順教授表達(dá)我最崇高的敬意和誠(chéng)摯的感謝。衷心地感謝焦永昌教授對(duì)我?guī)椭椭笇?dǎo)。焦老師治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，為人和善。在他的指導(dǎo)下，我的理論知識(shí)大大豐富。同時(shí)，真誠(chéng)的感謝張凡老師。張老師在學(xué)術(shù)上給予了悉心的指導(dǎo)，生活中也是我的好兄長(zhǎng)。感謝課題組的李田、張洪銀、李超、謝國(guó)軍、孫福坤、王燦等師兄師姐對(duì)我的無(wú)私幫助。與他們的朝夕相處，是我人生中最美好的一段回憶。感謝我的同窗張虹、馮浩、卓超、張志宏、劉大橋、胡青云等對(duì)我多年來(lái)的幫助和支持，他們不僅是學(xué)術(shù)上的伙伴，更是人生道路上的摯友。感謝張涵靜、馮超強(qiáng)、蘇軍秀等師弟師妹的關(guān)心和支持。在與他們一起學(xué)習(xí)、生活、工作的日子里，我感到非常的開(kāi)心和快樂(lè)。感謝我的爸爸媽媽以及各位家人，能夠成長(zhǎng)在這樣一個(gè)有愛(ài)的家庭里是我一生的幸運(yùn)。感謝所有幫助和支持過(guò)我的人們。91 西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文92 作者簡(jiǎn)介作者簡(jiǎn)介1.基本情況楊宇亮，男，吉林松原人，1991年3月出生，西安電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院電磁場(chǎng)與微波技術(shù)專業(yè)2015級(jí)碩士研究生。2.教育背景2011.09～2015.07西安電子科技大學(xué)，本科，專業(yè)：電子信息工程2015.09～2018.06西安電子科技大學(xué)，碩士研究生，專業(yè)：電磁場(chǎng)與微波技術(shù)3.攻讀碩士學(xué)位期間的研究成果3.1發(fā)表學(xué)術(shù)論文[1]Yu-LiangYang,F.-S.Zhang,H.ZhangandH.-Y.Zhang.EnhancedBandwidthofaHorizontallyPolarizedOmni-directionalPrintedAntennaArrayBasedonDual-dipoleStructure.ProgressInElectromagneticsResearchC,Vol.78,105-113,2017.(EI：20174804463851)[2]HongZhang,F.-S.Zhang,Yu-LiangYang,“aElectricallySmallLow-profileandUltra-widebandAntennawithMonopole-likeRadiation,”ProgressInElectromagneticsResearchLetters,Vol.70,99-106,2017.(EI：20174304293077)[3]楊宇亮.新型寬波束全向圓極化圓柱共形陣天線.2016年天線與微波技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)年會(huì).[4]楊宇亮.基于雙偶極子的寬帶全向水平極化天線陣.2017年天線與微波技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)年會(huì).3.2參與科研項(xiàng)目及獲獎(jiǎng)[1]XXX項(xiàng)目，彈載雙極化天線研究，2016年9月-2017年10月，項(xiàng)目完成人。[2]2017年天線與微波技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)年會(huì)，2017年十二月，三等獎(jiǎng)。[3]2017年天線與微波技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)年會(huì)，2017年十二月，最受歡迎論文獎(jiǎng)。93 ．嫁、織１’修麟辦市ｍ：專Ｈｉ？麗？摩ＴＹ■號(hào)＝：＝＾ｉｉｈ：ｗｗｗ．ｘｄａｎ．ｅｄｕ．ｃｎｉｉ：：?。崳?/p>