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摘要微带反射阵列天线是一种综合了抛物面反射天线和微带阵列天线优点的天线阵，它由一个印刷有大量微带辐射单元的平面反射面和馈源天线组成。微带反射阵列天线由于其体积小、质量轻、成本低、易加工等显著特点逐渐受到人们的关注，广泛应用于远程通信、深空探测和航天测控等领域。本文首先对单层微带贴片的相移特性进行研究，后又采用双层贴片层叠的方式得到了相移范围大于 360°且线性度较高的相移曲线， 增加了微带反射阵列天线单元的工作带宽。然后设计了相应的圆锥喇叭作为反射阵列天线的馈源，并且进行了微带反射阵列天线的整体设计，通过数值仿真软件HFSS 仿真验证该微带反射阵列天线的性能。31126
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毕业论文关键词 微带反射阵列 相移补偿 双层 馈源
Title Research of Millimeter-wave MicrostripReflectarry Antenna
Abstract Microstrip reflectarry antenna combines the advantages of the parabolicreflector antenna and the microstrip array antenna.It consists of a planereflective surface on which printing a large number of radiating elements and afeed.Microstrip reflectarry antenna attracts more and more attention theseyears.It has many outstangding features such as small volume, light weight, lowcost and ease of manufacture.It is extensively applied in remotecommunication,deep-space exploration,and aerospace measurement and control .Firstly,the phase shift characteristic of a single-layer microstrip patchelement is researched,and a structure of the double-layer microstrip patch elementachieves a phase shift range which exceeds 360 degrees and a phase-shift curvetending to be linear.The double-layer microstrip element has a broader bandwidththan the single-layer one. Then,a conical horn antenna is designed as the feedof the microstrip reflectarry antenna.At last,after the overall design of themicrostrip reflectarry antenna finished, its performance is investigated by thenumerical simulation software HFSS.
Keywords Microstrip reflectarry phase shift compensation double layerfeed
目 次
1 绪论 1
1.1 研究背景与意义 1
1.2 发展历史与国内外研究现状2
1.3 本文研究内容 3
2 微带反射阵列天线 4
2.1 微带反射阵列天线的基本原理 4
2.2 微带反射阵列天线的相移补偿方式 5
2. 2 . 1 加载相位延迟线型5
2. 2 . 2 尺寸变换型6
2. 2 . 3 加载缝隙型7
2. 2 . 4 旋转单元型8
2.3 微带反射阵列天线的单元设计 8
2. 3 . 1 单元的大小8
2. 3 . 2 单元的带宽9
2. 3 . 3 单元的间距9
2.3. 4 单元的反射效率10
2.4 微带反射阵列天线的结构设计 11
2.5 本章小结 11
3 微带反射阵列单元的相移特性 12
3.1 波导模拟器 12
3. 2 不同结构反射单元的相移特性 13
3 . 2 . 1 改变贴片尺寸型反射单元的相移特性1 3
3 . 2 . 2 多层层叠结构反射单元的相移特性1 5
3. 3 本章小结18
4 微带反射阵列天线 19
4.1 馈源天线的设计 19
4.2 反射阵列结构参数的设计 21
4.3 反射阵列的布局 21
4.4 反射阵列的仿真结果 22
4.5 本章小结 25
结论 26
致谢 27
参考文献28
1 绪论随着人类历史的进步、 发展和科学技术的进步,人们在社会生活中对天线性能的要求越来越高，现代通信领域迫切需要高增益、低成本的天线。微带反射阵列天线以其重量轻、体积小、制造费用低、增益高等诸多优点广泛得到了人们的关注，并且获得了广泛的应用和发展。本章简要介绍了微带反射阵列天线的研究背景与意义、发展历史、国内外研究情况，以及本毕业设计的研究内容。1.1 研究背景与意义天线自从被人类发明出来就开始在社会生活的各个领域发挥着越来越重要同样也越来越明显的作用。随着近现代卫星技术、雷达、航空技术、航天技术的快速发展，卫星通信、雷达侦测、深空探测以及射电天文学研究等需要远距离通信的领域对高增益大口径天线的需求也日益显著提高。人们往往通过传统的抛物面天线和阵列天线来获取较高的增益。抛物面天线的结构如图 1.1（a）所示[1]，它是由馈源和反射面组成，其馈源放置于抛物面的焦点处并辐射球面波，经抛物面反射后变成与抛物面平行的平面波。然而，弯曲的抛物面不仅使其体积庞大、笨重，而且其特殊的曲面结构对加工工艺的要求大大提高。阵列天线的加工过程相对简单，但是对于大型阵列而言却需要馈电网络，这种馈电网络通常十分复杂，制造工艺比较繁琐，造价相对昂贵，体积笨重，并且传输损耗很大，从而导致天线效率大大降低。传统天线体积笨重、损耗大等一些固有缺陷严重阻碍其进一步的发展，为了满足社会、科学技术发展的需求，国外的学者提出了微带反射阵列天线结构理论。如图 1.1（b）所示，这种天线是用平面阵列反射面来代替传统抛物面的一种新型反射面天线，它是由一个印刷有大量微带辐射单元的平面反射面和馈源天线组成，其中每个微带单元本身包含着某种移相结构，通过调节反射面上每个单元对入射波的散射相位，使得反射波在特定的方向上是平行且同相位的[2]。微带反射阵列天线完美地将传统的抛物面天线和阵列天线的优点结合在一起。与传统抛物面天线、阵列天线进行比较，反射阵列天线具有以下优点[3]：（1）采用单元相位可调结的平面阵列替代弯曲的抛物面，体积小、重量轻、加工工艺
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