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伞形印刷偶极子天线设计

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伞形印刷偶极子天线设计伞形印刷偶极子天线设计 摘要:本文针对数字阵列雷达设计了一种伞形印刷偶极子天线单元。该天线由微带集成巴伦馈电,具有宽频带、宽波束、易于集成等优点。通过仿真和测试,表明该天线有40%的相对带宽,E面波束宽度为80°,H面波束宽度为135°。 关键词:印刷偶极子,微带集成巴伦 ,天线阵,数字雷达 Designation of UmbellatePrinted Diploe Antenna Abstract: this paper designs an umbellate printed dipole antenna...

伞形印刷偶极子天线设计
伞形印刷偶极子天线设计 摘要:本文针对数字阵列雷达设计了一种伞形印刷偶极子天线单元。该天线由微带集成巴伦馈电,具有宽频带、宽波束、易于集成等优点。通过仿真和测试, 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明该天线有40%的相对带宽,E面波束宽度为80°,H面波束宽度为135°。 关键词:印刷偶极子,微带集成巴伦 ,天线阵,数字雷达 Designation of UmbellatePrinted Diploe Antenna Abstract: this paper designs an umbellate printed dipole antenna element for digital array radar. This antenna is fed by an integrated micro-strip bulan. This antenna has the virtue of wideband, wide beam and can be easily integrated with T\R module.By simulation and tested ,it shows that this umbellate printed dipole antenna can achieve 40% bandwidth, and the beam-widthof E-plane and H-plane is 80°and 135°respectively. Key words: Printed Dipole, Micro-strip Integrated Balun, Antenna Array, Digital Radar. 1引言 数字化雷达是雷达发展的一个重要方向,其具有多功能,智能化,可重构等优点。为了更好的实现数字雷达的功能,需要一个性能优越的,易于与T\R组件集成的天线。印刷偶极子天线[1]-[5],不仅具有宽频带,宽波束,重量轻、体积小、成本低等优点,而且还易于集成。因此这种微带巴伦[6]馈电的印刷偶极子天线是能够很好的满足数字雷达的应用。 本文正是针对数字雷达的应用,设计了一个L波段的印刷偶极子天线。通过仿真和测试,表明了驻波小于2的带宽为1180-1750MHz,相对带宽约为40%;E面半功率波束宽度为 ,H面半功率波束宽度为 。 2天线单元原理和设计 印刷偶极子与普通的偶极子天线一样,当天线长度约为0.5λ时得到较好的辐射和输入阻抗特性。但是由于印刷偶极子是印制在厚度 ,相对介电常数 ,的介质基板上,并且为了展宽天线工作频带而加宽的天线臂,都使得天线臂长度在小于半个,约为0.45λ时得到最优的性能。图1中给出了该天线的结构图,并且标出了最佳的设计尺寸。如图中所示,微带集成巴伦在介质基板的正面,偶极子臂在背面。并通过与天线臂间距离约为0.25λ的接地臂实现单向辐射,提高天线增益。 调节印刷偶极子的后掠角能够改变天线场分布,从而改善天线的远场辐射特性。通过优化后掠角θ的大小能够得到更宽的E面的波束宽度,还能改善天线阻抗特性,实现宽频带匹配。经过优化当 时,得到了较好的波束宽度和阻抗特性。 由于偶极子天线需要平衡馈电,但是为了使天线与T\R组件集成,应用微带馈电结构却是不平衡的。因此,需要设计一个印制电路形式的不平衡-平衡转换器,即微带集成巴伦。巴伦馈电的印刷偶极子天线单元结构如图1 所示。 图1、印刷偶极子天线单元结构图 微带集成巴伦馈电结构如图1所示,其等效模型如图2所示。 图2、微带巴伦的等效电路图 其中, 是将 变换为50 的 阻抗变换器的特性阻抗;由于等效阻抗 的虚部较大,为了更好的将其变换为50 ,中间加入特性阻抗分别为 、 的两节,将 的虚部变换为零; 为振子的辐射阻抗;特性阻抗为 的同轴传输线构成负载 的开路分支; 是振子两臂之间开缝处的等效共面波导的特性阻抗。 、 、 、 、 分别为对应枝节的电长度,一般设 , 、 由实际优化时确定。由传输线理论,阻抗 、 、 、 可分表示为 3仿真与测试 加工制作得到的天线结构如图3所示。并在图4、图5中分别给出了天线的S11和方向图的仿真和测试结果。 (a)                            (b) 图3制作得到的偶极子单元。(a)正面,(b)背面。 图4 偶极子天线单元的 (a) (b) 图5、偶极子天线单元在1.3GHz的辐射方向图。(a)E面,(b)H面。 由图4可知,当满足 时,实测结果优于仿真结果,相对带宽为40%。单元天线的实测辐射方向图与仿真结果吻合的较好。实测的E面半功率波速宽度为 ,H面半功率波束宽度为 。 图6为实际加工的8*8的阵列。 图6、8*8天线阵 4结论 本文设计了一种工作于L波段的宽频带、宽波束印刷偶极子天线单元,并给出了仿真和实测结果。天线单元的相对带宽为40%,E面3dB波束宽度为80°,H面3dB波束宽度为135°,达到了宽频带、宽波束的设计要求。能够很好的满足数字雷达的应用需求。 参考文献 [1] Brian Edward, Daniel Rees. “A broadband printed dipole with integrated balun”,microwave journal,vol.30,PP339-344,1987 [2] Yuan Wen,ZhenghuiXue,ShimingYang,WuRen and Weiming Li,“Design and analysis of a 3GHz printed dipole antenna”.InternationalConference on Microwave and Millimeter Wave Technology Proceedings,2004.4 [3] M.Scott,“A printed dipole for wide-scanning array application,International Conference on Antenna and Propagation”,17-20 April 2001,Conference Publication No.480.IEE2001 [4] Wong kin-Lu,HsiaoFu-Ren,Tang chia-Lun.A low-profile Omni-direction circularly polarized antenna for WLAN access point[c].IEEE antenna and propagation society International symposium,2004.2580-2583 [5] Huey-RuChuang,Liang-Chen kuo,3-d FDTD design analysis of a 2.4-GHz polarization diversity printed dipole antenna with integratedbalun and polarization-switching circuit for WLAN and wireless communication application[J].IEEETrans.MicrowaveTheory and Technique,2003,2(51);374-381 [6] 清华大学《微带电路》编写组,微带电路,人民邮电出版社,1975年
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