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数字波束形成天线以及波束切换天线研究

作　者: 孙为昭
导　师: 王昊
学　校: 南京理工大学
专　业: 电磁场与微波技术
关键词: 数字波束形成天线 降低栅瓣 波束可控天线 方向图可重构
分类号: TN820
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


随着雷达、通信、移动电视技术的不断发展和应用,数字波束形成天线和波束可控天线已广泛用于各领域,并得到快速发展。在工程应用背景下,本文主要对这数字波束形成天线和波束可控天线进行了研究和讨论,主要工作可概括如下：第一部分,对数字波束形成天线的研究。1、本文首先根据系统指标,设计出了天线单元,之后设计出天线子阵。加工了100个子阵,测试结果表明天线子阵的带宽大于1GHz,最高增益16.8dB,带宽内增益大于15.8dB。从测试结果上看,天线阵列的一致性很好,方向图偏差在±0.5dB内,满足工程需求。2、提出了天线加载上层介质板降低栅瓣的概念和理论。上层介质板能够优化天线单元的方向图,从而获得降低扫描时在相应方向上出现的栅瓣。通过1×10的均匀直线阵证明了这一方法的有效性,在一定扫描角度内栅瓣可以至少降低5dB。第二部分,对波束可控微带天线进行的研究。1、设计了基于EBG结构的波束可控U型缝隙微带天线。工作在5.5GHz时天线的最大辐射方向出现在22°增益为7.55dB。通过参数分析,波束可以被EBG结构控制。根据测试结果,随着EBG数量的变化,天线的波束可以指向16°、22°、31°。2、设计一种基于人工电磁结构(AMC)的口径耦合天线。根据仿真,天线的工作频率为5.5GHz,辐射的波束指向21。时增益为6.4dB。文中对天线的参数进行分析,波束的偏移角度与AMC结构的有关。将AMC结构变为一排,天线波束可以指向11°。根据天线单元构造1×2的子阵,阵列天线具有更高的增益和带宽,并可以有波束的偏移。天线工作在5.5GHz时天线的波束指向为26°,增益8.47dB。3、设计三种基于电磁带隙(EBG)结构的U型缝隙方向图可重构微带天线。波束的偏移角度与EBG结构的有关。根据这一特点,提出了一种方向图可重构天线单元的方案。当改变EBG上的开关,天线共有几种不同的工作模式。使用EBG结构的方向图可重构天线具有低损耗、波束控制等优点。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
1 绪论  8-11
  1.1 研究背景及意义  8-9
  1.2 目前国内外的研究状况  9
  1.3 本文的主要内容及安排  9-11
2 微带天线结构与设计  11-17
  2.1 微带天线的基本结构参数  11-12
  2.2 微带天线阵列的设计  12-16
    2.2.1 均匀直线阵的分析  12-13
    2.2.2 波束扫描,栅瓣和子阵  13-14
    2.2.3 N元线阵等间距、不等幅度  14-16
  2.3 本章小结  16-17
3 数字波束形成阵列天线设计  17-26
  3.1 数字波束形成技术概述  17
  3.2 DBF雷达子阵设计  17-25
    3.2.1 DBF雷达系统对天线阵元指标要求  18
    3.2.2 天线单元设计  18-20
    3.2.3 天线阵列设计  20-21
    3.2.4 测试结果  21-25
  3.3 本章小结  25-26
4 DBF天线阵列栅瓣降低研究  26-34
  4.1 普通天线阵列的栅瓣  26-28
  4.2 加载上层介质板阵列天线的栅瓣  28-31
    4.2.1 天线结构及仿真结果  28-30
    4.2.2 参数分析  30-31
  4.3 测试结果  31-33
  4.4 本章小结  33-34
5 波束可控天线设计  34-53
  5.1 基于EBG结构可控天线单元设计  34-40
    5.1.1 电磁带隙结构简介  34-35
    5.1.2 U型缝隙天线加载EBG设计  35-38
    5.1.3 参数分析  38-39
    5.1.4 性能讨论  39-40
  5.2 基于AMC结构可控波束口径祸合天线设计  40-45
    5.2.1 天线单元的设计和结果  41-42
    5.2.2 天线单元的参数分析  42-44
    5.2.3 阵列优化设计  44-45
  5.3 可重构天线设计  45-51
    5.3.1 可重构天线简介  45-46
    5.3.2 控制EBG贴片与金属地实现可重构  46-47
    5.3.3 控制金属柱实现可重构  47-49
    5.3.4 控制金属柱与EBG间的通断实现可重构  49-51
  5.4 本章小结  51-53
6 结束语  53-54
致谢  54-55
参考文献  55-59
附录  59

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线电设备、电信设备 > 天线 > 一般性问题
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