機(jī)載合成孔徑雷達(dá)疊層寬帶微帶天線的研究.pdf

1、合成孔徑雷達(dá)是一種高分辨率主動(dòng)式成像雷達(dá)。除分辨率高外，合成孔徑雷達(dá)還具有探測(cè)距離遠(yuǎn)，受光照、氣象環(huán)境限制小，可穿透地物等特點(diǎn)。這些理想的特性，很大程度上與其天線性能相關(guān)，其分辨率、靈敏度、信噪比和探測(cè)距離等多個(gè)關(guān)鍵參數(shù)與天線的帶寬、方向圖、增益等參數(shù)有著直接的聯(lián)系。提升雷達(dá)系統(tǒng)的性能，很重要的一部分工作是提升合成孔徑雷達(dá)天線的性能。微帶陣列天線是機(jī)載合成孔徑雷達(dá)天線一種重要實(shí)現(xiàn)形式，對(duì)微帶天線的研究是合成孔徑雷達(dá)天線研究的一個(gè)重要方向

2、。
　　阻抗帶寬較窄一直是寬帶微帶天線設(shè)計(jì)的瓶頸。利用疊層技術(shù)和縫隙技術(shù)等手段，可有效擴(kuò)展天線帶寬，但伴隨而來的是方向圖性能變差，出現(xiàn)最大增益方向零偏問題和副瓣、后瓣增大的問題。另外，機(jī)載天線的特殊結(jié)構(gòu)要求，小型化雷達(dá)系統(tǒng)的迫切需求都給微帶天線的小型化設(shè)計(jì)提出了更嚴(yán)格的技術(shù)要求。這些問題都是目前機(jī)載合成孔徑雷達(dá)微帶天線設(shè)計(jì)中亟待解決技術(shù)的熱點(diǎn)、難點(diǎn)問題。
　　本文首先結(jié)合疊層技術(shù)和縫隙技術(shù)，設(shè)計(jì)了U型縫隙疊層微帶天線，通過頻

3、帶內(nèi)多諧振點(diǎn)的設(shè)置，使阻抗帶寬達(dá)到了24.5％。在此基礎(chǔ)上，利用縫隙貼片結(jié)構(gòu)和表面電流的對(duì)稱特性，對(duì)天線進(jìn)行了小型化改進(jìn)，設(shè)計(jì)了半U(xiǎn)型縫隙疊層寬帶微帶天線，在阻抗帶寬為19.5%的情況下，其平面面積相對(duì)于前者縮小了29.1%。
　　但在上述寬帶天線設(shè)計(jì)和小型化設(shè)計(jì)的同時(shí)，天線方向圖的性能并不理想，出現(xiàn)了旁瓣和后瓣過大，E面和H面方向圖不對(duì)稱，最大增益方向零偏等問題。針對(duì)此類問題，本文提出了一種非對(duì)稱縫隙貼片投影修補(bǔ)法，優(yōu)化疊層縫隙

4、天線或縫隙天線的方向圖。通過此方法，本文優(yōu)化了C型縫隙微帶天線和半U(xiǎn)型縫隙疊層微帶天線兩種天線結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了倒置C型縫隙疊層微帶天線和倒置半 U型縫隙疊層微帶天線，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的天線的最大增益方向零偏問題和方向圖對(duì)稱性都得到了不同程度的改善。
　　使用EBG結(jié)構(gòu)可改善天線方向圖性能。本文分別設(shè)計(jì)了小型化UC-EBG結(jié)構(gòu)和小型化金屬 EBG結(jié)構(gòu)，兩種 EBG結(jié)構(gòu)小型化特征明顯，帶隙特性理想。將小型化金屬EBG結(jié)構(gòu)反射板應(yīng)用

5、于倒置半 U型縫隙疊層微帶天線陣，天線前后比得到了明顯的改善。
　　合成孔徑雷達(dá)對(duì)于副瓣抑制比和增益等參數(shù)要求較高，微帶天線一般都要采用陣列形式。本文使用文化算法對(duì)多條件下的超低副瓣陣列天線進(jìn)行了綜合。通過與其他傳統(tǒng)算法和進(jìn)化算法的對(duì)比，多方面驗(yàn)證了文化算法對(duì)于超低副瓣陣列天線方向圖綜合更為有效。
　　最后，在上述研究的基礎(chǔ)上，本文針對(duì)課題指標(biāo)設(shè)計(jì)試制了一副機(jī)載合成孔徑雷達(dá)用8單元倒置半U(xiǎn)型縫隙疊層微帶陣列天線，其增益達(dá)到1