波束切換陣列天線及其饋電系統(tǒng)的研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代移動(dòng)通信和空中平臺(tái)的飛速發(fā)展，地面移動(dòng)載體跟蹤空中平臺(tái)通信的“動(dòng)中通”通信系統(tǒng)成為現(xiàn)代移動(dòng)通信的重要發(fā)展領(lǐng)域。波束切換陣列天線可實(shí)現(xiàn)對(duì)空中平臺(tái)的快速掃描跟蹤，常被應(yīng)用于“動(dòng)中通”通信系統(tǒng)。本文的主要任務(wù)是研究波束切換陣列天線及其饋電系統(tǒng)。
　　采用寬帶圓極化技術(shù)設(shè)計(jì)波束切換陣列天線，獲得寬軸比帶寬特性并實(shí)現(xiàn)小型化。天線單元采用雙橢圓縫隙耦合饋電，并在微帶饋線上添加與之垂直的開(kāi)路枝節(jié)，實(shí)現(xiàn)了寬帶圓極化特性。天線單元獲得42.

2、7％的阻抗帶寬和38.3%的軸比帶寬，天線增益在4.5GHz-5.1GHz范圍內(nèi)大于8dBi。在設(shè)計(jì)的天線單元的基礎(chǔ)上，采用等幅正交饋電設(shè)計(jì)了二元陣列天線，并通過(guò)在接地板上加載梳狀結(jié)構(gòu)降低了天線單元間耦合作用對(duì)二元陣列天線性能的影響。二元陣列天線相對(duì)阻抗帶寬為40%，相對(duì)軸比帶寬為27.4%，在指標(biāo)要求的4.5GHz-5.1GHz范圍內(nèi)，最大增益達(dá)到10.6dBi。在設(shè)計(jì)的二元陣的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了2×4的八單元波束切換陣列天線。仿真得到，

3、分別采用-45°、135°、-135°和45°相位差為八單元天線陣饋電，獲得3dB波束寬度分別為20.3°、21.6°、24.4°和20.2°的四個(gè)波束。四波束在俯仰面基本覆蓋90°空間范圍。
　　改進(jìn)并測(cè)試寬帶微帶縫隙耦合Butler矩陣，同時(shí)對(duì)控制波束切換的PIN二極管單刀四擲（SP4T）開(kāi)關(guān)進(jìn)行設(shè)計(jì)。采用橢圓縫隙耦合對(duì)4×4寬帶Butler矩陣進(jìn)行改進(jìn)，并對(duì)其進(jìn)行了加工和測(cè)試。分析測(cè)試結(jié)果可知，雖然But ler矩陣各輸出端

4、口相位差較仿真值有5°-10°的偏差，但是Butler矩陣相位分布偏差對(duì)波束切換陣列天線跟蹤空中平臺(tái)通信影響不大，滿足設(shè)計(jì)要求。采用串并聯(lián)電路，設(shè)計(jì)了用于控制Butler矩陣通路切換的PIN二極管單刀四擲（SP4T）開(kāi)關(guān)，并對(duì)其進(jìn)行了加工和測(cè)試。SP4T開(kāi)關(guān)在4.5GHz-5.1GHz范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了低插入損耗和高隔離度特性。Butler矩陣和PIN二極管SP4T開(kāi)關(guān)組成波束切換陣列天線的饋電系統(tǒng)。
　　將寬帶圓極化陣列天線、微波開(kāi)關(guān)