宽波束天线和多极化天线技术研究

宽波束天线和多极化天线技术研究

随着信息科学技术的飞速发展,无线电系统正得到越来越广泛地

应用。这对无线系统的最前端-天线提出了更高的要求,如期望天线具有宽波束特性扩展信号的覆盖范围,宽频带或者多频带特性增大信息

容量,多极化或者圆极化特性以增强抗多径干扰的能力。本文针对相

控阵天线大角度扫描以及通信系统缓解多径衰落的需要,对宽波束天

线及其阵列,多极化天线的应用开展了一系列的研究,给出了相应的

解决方案。本论文的主要内容和工作概括如下:1.对宽波束天线及其

阵列,多极化天线带宽扩展技术的研究现状和发展趋势进行了分析与

回顾。尽管在这个领域的研究已经取得了很大的进展,但仍然存在大

量的技术难题需要解决。2.提出了一种基于双模谐振的平面宽波束天线。这款天线通过电偶极子把能量馈入两个谐振腔而产生两个谐振点,每个谐振腔仅有一边开路而在孔径上产生等效磁流,因此天线在E面

具有近似全向的辐射特性。测试结果表明,E面的半功率波束宽度与

传统微带天线相比有很大地扩展,产生的两个工作模式也增加了带宽。采用这款宽波束单元组成了间距为半波长的8单元相控阵,并研究其

宽角扫描特性。天线阵列保持了单元良好的阻抗匹配和宽波束特性,

单元之间耦合较小。结果表明,主波束可以从-60度扫描到+60度而保持增益的变化在3dB以内,扫描的3dB波束宽度覆盖-76度到+78度。最后运用混合的入侵杂草和粒子群算法对口径电流分布进行了优化,

副瓣电平得到明显地降低。3.基于基片集成波导腔体的结构提出了一种工作在5.7GHz的平面微带天线。这款天线基于磁偶极子的工作模

式展宽波束,测试结果表明E面的半功率波束宽度为145度,H面的半功率波束宽度为110度,具有应用在大角度扫描阵列的潜力;提出了

一款利用倒F天线旋转组阵构成的轴比宽波束圆极化天线,并对其阵

列的扫描特性进行了研究。4.提出了一种结构新颖的喇叭圆极化天线。这款天线利用金属片切割圆波导的TE11主模产生幅度相等,相位差

为90度的正交电场来实现圆极化,然后通过旋转组阵的方法提高阵

列天线的圆极化性能,同时还研究了等幅和幅度加权两种情况下阵列

的宽角扫描特性。5.对双极化和圆极化天线的带宽拓展进行了一系列有益地探索。双极化介质谐振器天线利用一个谐振器中的TE111模和TE113模实现双频带,并采用了平衡馈电的结构抵消掉交叉极化分量,将极化隔离度提高到-60dB;利用蝶形天线的宽带特性设计了一款工

作在1.5-2.18GHz的圆极化天线,方向图保持了良好的对称性;根据

分形结构加载在圆环槽产生多个电流路径的机理,设计出一款结构紧

凑的双频带圆极化微带天线,详细分析了分形图案和馈电结构的不同

对天线性能的影响。6.总结与展望。对本文所做的工作进行了回顾和总结,并指出本文的不足和下一步需要做的工作。