45

5.2  天线阵的设计 47

5.3  阵列结构参数 49

5.4  本章小结 53

结论 54

致谢 55

参考文献 56

1  引言

1.1  微带天线的基本概念和特点

    微带天线是一种平面谐振腔,通过边缘的泄露产生辐射。可以利用印制电路技术将天线蚀刻在柔软的基板上来产生低价的,可重复的低剖面天线。微带天线在一个薄介质基片上,一面附上金属薄层作为接地板,另一面用光刻腐蚀方法制成一定形状的金属贴片,利用微带线或同轴探针对贴片馈电构成的天线。

    一般说来,微带天线的基本类型分为四大类:微带振子天线、微带缝隙天线、微带行波天线以及微带贴片天线。其中微带振子天线、微带缝隙天线以及微带贴片天线是谐振型天线,有特定的谐振尺寸,通常只能在谐振频率附近工作;微带行波天线是非谐振型天线,它的末端需要加匹配负载来保证传输行波。

    同常规的微波天线相比,微带天线具有一些优点。因而,在大约从100MHz到50GHz的宽频带上获得了大量的应用。与通常的微波天线相比,微带天线的一些主要优点是:

1) 重量轻、体积小、剖面薄的平面结构,可以做成共形天线;

2) 制造成本低,易于大量生产;

3) 可以做得很薄,因此,不扰动装载的宇宙飞船的空气动力学性能;

4) 无需作大的变动,天线就能很容易地装在导弹、火箭和卫星上;

5) 天线的散射截面较小;

6) 稍稍改变馈电位置就可以获得线极化和圆极化(左旋和右旋);

7) 比较容易制成双频率工作的天线;

8) 不需要背腔;

9) 微带天线适合于组合式设计(固体器件,如振荡器、放大器、可变衰减器、开关、调制器、混频器、移相器等可以直接加到天线基片上);

10) 馈线和匹配网络可以和天线结构同时制作。

    与通常的微波天线相比,微带天线也有一些缺点:频带窄,有损耗,因而增益较低;大多数微带天线只向半空间辐射,最大增益实际上受限制(约为20dB);馈线与辐射元之间的隔离差;端射性能差;可能存在表面波;功率容量较低。但是有一些办法可以减小某些缺点。例如,只要在设计和制造过程中特别注意就可抑制或消除表面波。

    在许多实际设计中,微带天线的优点远远超过它的缺点。在一些显要的系统中已经应用微带天线的有:移动通信;卫星通讯;多普勒及其它雷达;无线电测高计;指挥和控制系统;导弹遥测;武器信管;便携装置;环境检测仪表和遥感;复杂天线中的馈电单元;卫星导航接收机;生物医学辐射器。

1.2  微带天线阵

    在各种实际应用中,往往要求天线具有高增益、高功率、低旁瓣、波束扫描或波束控制等特性。由于天线阵或相控阵天线可能获得这些性能,从而使得阵技术在实际中获得广泛的应用,这就大大促进了阵技术和理论的发展。在60年代中期,天线阵的技术以开口波导和振子类型的辐射元组成的阵居统治地位,它们由波导和同轴线来馈电。但到70年代以后,随着微带天线的出现与发展,人们对以微带线馈电的微带天线阵产生了浓厚的兴趣。这是由于微带天线阵在诸方面显示了独特的优势,特别是其中馈电网络可以与微带天线元集成在同一介质基板上,这一点是微带天线与其它类型天线阵相比所具有的一个突出特点,它的主要限制为有效辐射的频带较窄(行波馈电阵除外)和单个阵元承受功率受到一定的限制。目前,微带天线阵和相控阵已广泛应用于军事和民用上,例如各种雷达、通信、遥测和遥感等设备,特别是在各种空间飞行器上得到广泛的应用。

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