【摘 要】
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高速飞行器流线型的表面使天线的安装空间相对有限,传统平面天线难以制作成较大的平面阵,而共形天线可以有效解决这一问题。普通微带贴片天线的带宽较窄,难以满足实际需求,所以对宽带共形天线的研究变得日益重要。本文的研究中心围绕宽带微带共形天线的单元、阵列以及共口面天线阵列设计展开。首先本文对微带天线理论进行了介绍,随后列举了本文使用的几种的微带天线宽带设计方案:在贴片天线的上方增加寄生贴片,寄生贴片的谐振
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高速飞行器流线型的表面使天线的安装空间相对有限,传统平面天线难以制作成较大的平面阵,而共形天线可以有效解决这一问题。普通微带贴片天线的带宽较窄,难以满足实际需求,所以对宽带共形天线的研究变得日益重要。本文的研究中心围绕宽带微带共形天线的单元、阵列以及共口面天线阵列设计展开。首先本文对微带天线理论进行了介绍,随后列举了本文使用的几种的微带天线宽带设计方案:在贴片天线的上方增加寄生贴片,寄生贴片的谐振频率与主辐射单元相叠加拓展带宽;使用宽带阻抗变换器进行宽带阻抗匹配;在天线贴片上开槽。随后介绍了威尔金森功分器的馈电网络,在此也介绍了基于聚二甲基硅氧烷（PDMS）介质基底天线的制作方法。接下来本文设计了工作于S波段的宽带共形天线的单元结构,分为两层结构和三层结构两种。天线均由主辐射单元和寄生贴片组成,使用宽带阻抗变换器调节宽带阻抗匹配。在天线上方覆盖一层介质板保护天线结构,同时能减小天线面积,拓展天线带宽。在三层单元的设计中,本文尝试用加开多条横槽的方式来改变电场分布,抑制交叉极化波。三层天线单元结构的带宽为2.7GHz-3.52GHz,相对带宽26%,最大辐射方向增益8.71d Bi。随后在两种天线单元的基础上本文设计了多种不同阵元数的天线阵列,并对4×4的天线阵列进行了共形测试与暗室测试,在与半径500mm圆柱体共形时,天线在2.65GHz-3.6GHz频带范围内增益大于17d Bi,驻波比小于2.5。在4×4阵列测试的基础上本文设计了4×8共口面天线阵列,共口面阵是相控阵的基础,包含相控阵的天线阵列与馈电网络部分。对共口面阵列进行加工测试后,测得天线的带宽在2.7GHz-3.5GHz内,驻波比小于2.0。仿真增益24.9d Bi,实测增益值可参考4×4天线阵列的测试值加3d Bi,因此在频带内可以大于20d Bi。最后,本文尝试用PDMS材料替换F4BM微波板来改进共形天线,PDMS常见于柔性传感器中,机械性质类似于胶体,可以紧密的贴合皮肤。在本文设计了一个基于PDMS的三层单元结构,带宽2.78GHz-3.71GHz,在带宽内驻波比小于2.0。
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