隨著電磁信號(hào)環(huán)境變得密集復(fù)雜,雷達(dá)偵察設(shè)備的性能也在逐漸加強(qiáng)。雙極化技術(shù)能夠同時(shí)接收電磁波的全部極化信息,具有較強(qiáng)的抗干擾能力、極化復(fù)用和極化捷變等能力。超寬帶技術(shù)具有抗干擾能力強(qiáng)和隱蔽性好等優(yōu)點(diǎn)。天線的性能對(duì)雷達(dá)偵察系統(tǒng)起到了關(guān)鍵性作用。將超寬帶雙極化天線應(yīng)用到雷達(dá)偵察系統(tǒng)中可以提升系統(tǒng)性能。本文以雷達(dá)偵察為應(yīng)用背景,設(shè)計(jì)適用于雷達(dá)偵察系統(tǒng)的雙極化天線。本文具體研究?jī)?nèi)容如下:(1)互補(bǔ)對(duì)數(shù)周期超寬帶雙極化天線。針對(duì)雷達(dá)偵察系統(tǒng)工作頻率為2-18GHz的情況,設(shè)計(jì)了一款雙極化對(duì)數(shù)周期天線(Log-Periodic Antenna,LPA),該天線的設(shè)計(jì)原理為電與磁對(duì)偶原理。當(dāng)電偶極子和磁偶極子相距λ/4時(shí),天線的互補(bǔ)特性最佳,雙極化天線在空間任一點(diǎn)處都是正交的,具有低剖面、高隔離度和低交叉極化的特點(diǎn)。該天線工作帶寬為0.8-18GHz,隔離度高于34.06dB,交叉極化低于-22dB,在φ=0°時(shí),天線的正交性能達(dá)到理論極限,且體積上比其他雙極化對(duì)數(shù)周期天線減少一半。仿真結(jié)果與理論分析一致。(2)改進(jìn)型巴侖的雙極化Vivaldi天線。由于設(shè)計(jì)的雙極化對(duì)數(shù)周期天線的體積和質(zhì)量均較大,給實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)了困難,為此設(shè)計(jì)了雙極化Vivaldi天線。該天線采用阻抗匹配的設(shè)計(jì)方法,其中槽線和彎折的共面帶狀線構(gòu)成新型巴侖結(jié)構(gòu)。通過(guò)切角的方法,改變天線的電流分布,從而提高天線隔離度。該天線的工作帶寬為2-8.834GHz,交叉極化低于-15dB,隔離度高于15dB,在-24°～28°之間正交。對(duì)天線加工測(cè)試,實(shí)驗(yàn)表明測(cè)試結(jié)果與仿真結(jié)果吻合。雖然該雙極化Vivaldi天線比雙極化對(duì)數(shù)周期天線的體積和質(zhì)量明顯減小,但工作帶寬變窄。(3)基于縫隙-鐵氧體超寬帶雙極化天線。鐵氧體材料具有高磁導(dǎo)率和高介電常數(shù)的特點(diǎn),有助于縮減天線體積。隨著偏置磁場(chǎng)不斷升高,鐵磁共振峰不斷向高頻移動(dòng)。首先,推導(dǎo)矩形鐵氧體諧振器天線(Ferrite Resonator Antenna,FRA)工作在TE模時(shí)的理論公式,建立同軸饋電的線極化鐵氧體諧振器天線模型。然后,采用非對(duì)稱式結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)雙極化天線,另一個(gè)端口采用微帶縫隙耦合的饋電方式。該天線的工作帶寬為2-18GHz,在-72°～0°之間正交。仿真結(jié)果與理論分析一致。天線的尺寸較小,且滿足指標(biāo)要求。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN821.1
【部分圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文表 2-1 PLPD 的初始結(jié)構(gòu)尺寸表（mm）參數(shù) 尺寸 參數(shù) 尺寸集合線寬(w_feed) 1.96 最長(zhǎng)振子線寬(W1) 2.58振子長(zhǎng)度與半徑之比(k) 100 介質(zhì)板厚度(sub_high) 1最長(zhǎng)振子到虛頂點(diǎn)距離(R1) 114.96 最長(zhǎng)振子長(zhǎng)度(L1) 82.11縮比因子( ) 0.8 半頂角( ) 0.14根據(jù)初建模型的仿真結(jié)果來(lái)看，天線的方向圖具有端射特性，增益較高。該天線在短振子側(cè)采用 50Ω 的同軸電纜進(jìn)行饋電，如果出現(xiàn)阻抗失配問題，會(huì)導(dǎo)致 S11不理想，而集合線的阻抗值取決于集合線寬。圖 2-5 為集合線寬對(duì)回波損耗影響的仿真結(jié)果。隨著線寬的變小，S11 明顯改善，0.8-1.2GHz 頻段的 S11 也降到-10dB，此時(shí)集合線寬(w_feed)為 1mm。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文表 2-1 PLPD 的初始結(jié)構(gòu)尺寸表（mm）參數(shù) 尺寸 參數(shù) 尺寸集合線寬(w_feed) 1.96 最長(zhǎng)振子線寬(W1) 2.58振子長(zhǎng)度與半徑之比(k) 100 介質(zhì)板厚度(sub_high) 1最長(zhǎng)振子到虛頂點(diǎn)距離(R1) 114.96 最長(zhǎng)振子長(zhǎng)度(L1) 82.11縮比因子( ) 0.8 半頂角( ) 0.14根據(jù)初建模型的仿真結(jié)果來(lái)看，天線的方向圖具有端射特性，增益較高。該天線在短振子側(cè)采用 50Ω 的同軸電纜進(jìn)行饋電，如果出現(xiàn)阻抗失配問題，會(huì)導(dǎo)致 S11不理想，而集合線的阻抗值取決于集合線寬。圖 2-5 為集合線寬對(duì)回波損耗影響的仿真結(jié)果。隨著線寬的變小，S11 明顯改善，0.8-1.2GHz 頻段的 S11 也降到-10dB，此時(shí)集合線寬(w_feed)為 1mm。

隨著線寬的變小，S11 明顯改善，0.8-1.2GHz 頻段的 S11 也降到-10dB，此時(shí)集合線寬(w_feed)為 1mm。圖 2-4 PLPD 的 S11 仿真結(jié)果 圖 2-5 集合線寬對(duì) PLPD 的 S11 影響在對(duì)數(shù)周期天線高頻處增加振子數(shù)目可以降低高頻部分的回波損耗，提高天線增益，仿真結(jié)果如圖 2-6 所示。增加振子數(shù)目的天線模型低頻部分的 S11 與集合線寬最優(yōu)時(shí)的結(jié)果一致，高頻部分的 S11 有明顯改善，在 0.8-18GHz 范圍內(nèi)天線的 S11 在-10dB 以下，性能良好。由于在高頻部分增加振子數(shù)目，給機(jī)械加工造成困難，因此將寬度低于 0.1mm 的振子寬度均改為 0.1mm，仿真結(jié)果如圖 2-7 所示。
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