【摘 要】
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W波段的电磁波具有短波长、宽频带、可穿透大气层以及全天候工作等优点,常应用于军事领域中,在制导、战略通信等领域具有极为广阔的应用前景。W波段毫米波雷达是由产生/处理W波段信号的射频前端电路和W波段天线阵列组成的,可应用于弹载毫米波雷达导引头,用于导弹精确制导。W波段毫米波雷达的探测距离、探测精度、抗干扰能力决定了导弹的制导和生存能力,这些参数与雷达的天线的增益、波束宽度、带宽、旁瓣等性能息息相关。
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W波段的电磁波具有短波长、宽频带、可穿透大气层以及全天候工作等优点,常应用于军事领域中,在制导、战略通信等领域具有极为广阔的应用前景。W波段毫米波雷达是由产生/处理W波段信号的射频前端电路和W波段天线阵列组成的,可应用于弹载毫米波雷达导引头,用于导弹精确制导。W波段毫米波雷达的探测距离、探测精度、抗干扰能力决定了导弹的制导和生存能力,这些参数与雷达的天线的增益、波束宽度、带宽、旁瓣等性能息息相关。单个天线通常增益低、波束宽,难以满足这些高要求的应用场景,而微带天线是一种低高度、易共形、易组阵的平面天线,可通过选择单元类型、数量以及组合方式构成天线阵列满足实际应用要求。本论文采用了2种适合承载W波段射频前端电路的低损耗衬底材料作为毫米波天线的集成平台,在此基础上开展了适用于W波段毫米波雷达的W波段微带天线阵列的研究,主要工作内容如下:结合石英基板在毫米波频段具有低损耗、低介电常数的优点,采用常用的微带贴片天线结构设计了一款4×10元结构的高增益大带宽的石英基微带贴片天线面阵,该天线面阵的工作频率为94GHz。本设计通过使用厚衬底以及插入馈电法扩展了微带天线阵元的带宽,相比于普通的微带天线扩展了约5%的带宽,基于该阵元设计了不等幅馈电的串馈微带贴片天线线阵,优化了副瓣电平,结合所设计的服从切比雪夫分布的一分十不等分馈电网络组成了天线面阵。为便于在片测试,设计了微带线-接地共面波导（GSG）的片上探针测试结构。仿真与测试结果表明:石英基天线面阵的最大增益达到19d Bi,E面副瓣电平为-13.33 d B,H面副瓣电平为-18.53d B,天线相对带宽超过9%,基本满足设计需求。采用C切向蓝宝石为介质基板,设计了一款17×16元结构的紧凑型高增益窄波束微带梳状天线面阵,天线面阵同样工作在94GHz。本设计利用蓝宝石的高介电常数特性使得天线单元尺寸更小,搭配单元尺寸更小的微带短截线作为阵元组成不等幅激励的微带梳状天线线阵,结合服从切比雪夫分布的一分十六不等分馈电网络组成微带梳状天线面阵,可在同样面积下容纳更多阵元,实现更窄的波束;同时蓝宝石的高热导率特性可以有效解决W波段电磁波传输损耗大带来的散热问题。仿真结果表明设计的蓝宝石基天线面阵可实现19.05d Bi的增益,E面副瓣电平降至-15.92d B,H面副瓣电平降至-28.29d B,相对带宽同样超过了9%,覆盖雷达的工作频段,整体波束宽度更窄,E面半功率波束宽度约为16.95°,H面约为12.1°。
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