智能蒙皮作为一种先进的技术,可以将设备形态弯曲成各种形状甚至当成皮肤嵌入载体表面,有利于飞行器的气动一体化和隐身设计。智能蒙皮对射频天线层面的要求极高,要求天线具有小型化、低剖面、易共形等特性。随着超宽带技术的不断发展,智能蒙皮更提出了超宽带的要求。因此研究超宽带智能蒙皮天线系统逐渐成为未来发展的一种趋势,具有十分重要的意义。然而,目前对于超宽带智能蒙皮天线的研究相对较少,实质性的内容不多,可参考资料也比较少。研究超宽带智能蒙皮,首要解决的就是寻求可适用于蒙皮结构的超宽带天线构型,本文对三种可用的低剖面超宽带天线展开研究,分别从天线的小型化、陷波特性、圆极化特性、共形特性和多输入多输出(MIMO)设计五个方面来开展工作,制作了天线实物并测试了其性能,验证了设计的正确性,最后研究其组阵特性,主要内容和创新点如下:1.新型平面超宽带天线的小型化、陷波、共形和MIMO研究。针对平面超宽带天线尺寸较大的问题,设计了一种采用分形结构的小型化超宽带单极子天线,天线在尺寸较小的情况下,仍具有非常宽的阻抗带宽,达到几十个GHz,同时在柱面共形条件下带宽依然可以保持稳定;针对超宽带工作频段内存在的窄带干扰问题,设计了一款五陷波超宽带天线,窄带陷波驻波比峰值均超过了9;针对MIMO天线解耦结构设计比较复杂的问题,研究了一种结构简单的双端口极化分集MIMO缝隙超宽带天线,无需采用解耦结构,便可以实现较低的互耦,具有一定的创新性;首次尝试将Vivaldi天线和超宽带缝隙天线进行结合设计,利用不同天线间的方向图差异性,提出了一种小型化的角度分集超宽带MIMO天线结构,除互耦较小特点外,相比独立的单天线,工作频带可以向更低端扩展。2.平面超宽带天线的圆极化特性研究。针对传统微带天线轴比带宽较窄的问题,研究了在超宽带平面天线的基础上设计宽带圆极化天线的方法。提出了一种具有超宽轴比的C字型超宽带单极子天线,天线轴比带宽超过了7GHz,不仅优于其他圆极化方案,而且调整C字形结构,阻抗带宽和轴比带宽相对稳定,设计冗余度高;设计了一种共面波导馈电的超宽带圆极化缝隙天线,尺寸较小,结构简单,轴比带宽范围为3.1～7.3GHz,对宽带圆极化缝隙天线的研究具有一定借鉴意义;传统的圆极化天线通常只能工作在一种模式,本文采用双端口MIMO设计方案,提出了一种可以以两种不同圆极化模式工作的宽带双圆极化MIMO天线,不仅具有1.9～5.9GHz的轴比带宽和1.9～14.3GHz的阻抗带宽,而且端口间互耦也比较小。3.对数周期天线的小型化、陷波、和共形研究。针对对数周期天线低频工作时,阵子尺寸较大的问题,研究并实现了一种阵子终端加载T型结构减小天线尺寸,降低工作频率,获得小型化的方案;针对对数周期天线在超宽工作频带内存在的窄带干扰问题,通过在平行双集线上开缝隙槽的方式,制作完成了效果显著的平面和共形双陷波对数周期天线;针对天线阻抗带宽较窄的问题,对平行双集线进行了结构改进研究,获得了很大的拓宽;在上述基础上,研究了不同柱面共形情况下的对数周期天线特性,结果表明,相应指标良好稳定,受共形影响较小。4.渐变槽超宽带天线的小型化、陷波、共形和MIMO研究。针对传统的渐变槽天线尺寸较大的问题,本文巧妙利用微带馈线的阻抗变换原理,设计并实现了一款采用微带侧馈方式的小型化Vivaldi天线,同时研究了其双陷波特性,实测表明天线辐射和陷波特性达到了设计预期,设计方法具有新颖性;研究了一种开E字型和L型缝隙的小型化共面波导型双陷波渐变槽天线,同时设计了一款三陷波超宽带Vivaldi天线;提出了小型化的双端口MIMO Vivaldi天线的组合设计方法,并研究了其双陷波和低互耦实现的可行性;与此类似,实现了一款共形双陷波MIMO阶梯槽天线,测试表明在更小的尺寸下,具有更宽的工作带宽,同时在共形条件下,依然可以较好地维持宽带、陷波和辐射特性。5.在超宽带单天线的基础上,研究了平面和共形超宽带阵列天线特性。首先,采用五陷波天线单元结构,研究了平面超宽带阵列天线,阵列天线增益符合预期,并具有一定的波束扫描特性。其次,研究了平面和共形对数周期阵列天线,天线的工作带宽受互耦影响较小,在超宽带工作频带内,无论平面还是共形条件下,阵列天线在高频工作时都容易产生栅瓣,但是在低频段工作时阵列天线具有强端射特性。本文着重对Vivaldi天线组阵进行了研究,基于已经成功实现的纵向极窄的Vivaldi天线作为阵元,使得阵列不仅具有宽带和宽角扫描特性,而且剖面很低,相应地研究了加载反射面减小后瓣的方法,非常值得进一步研究。最后,采用MIMO阶梯槽天线作为阵列天线单元,研究了柱面共形超宽带MIMO阵列天线,该共形阵列具有非常宽的工作带宽,可以在宽带范围内实现强端射特性,同时该阵列天线还具有非常好的滤波特性,通过改变MIMO天线端口工作状态,可以实现端射方向的前后切换,具有较大应用价值。本文将一些新的设计思路和理念应用到超宽带天线的研究当中,并取得了一些好的研究成果,对未来超宽带智能蒙皮的工程实现具有一定的参考价值。