铁氧体衬底微带功分移相馈电网络的设计研究

论文摘要

随着无线通信的迅猛发展,移动通信终端越来越普及,微带天线因为其体积小,易于集成而被广泛无线通信设备中,尤其在相控阵的应用中。文本研究了一种工作在10GHz的平面微带功分移相器作为四贴片微带天线阵的馈电网络,以实现相位控制阵列。该馈电网络由功分器与铁氧体移相器组成,通过外加磁场偏置的铁氧体微带线实现结合,其原理可解释为:调整铁氧体的外加磁场强度会改变铁氧体的磁导率,从而改变微波信号的相速度和插入相位。本文主要做了一下几点工作:首先对铁氧体介质基底微带线在外加偏置磁场条件下的传输特性进行了一系列的研究,总结出了以下几点:1.外加磁场条件下,铁氧体基底微带线可以使传播信号的相位发生变化的特性。2.不同介质基底传输线达到阻抗匹配时,可以传输微波信号。3.一定外加磁偏置下,铁氧体传输线会在一定频段出现吸收微波能量,导致信号传播截止。其次,设计仿真了工作频率在10GHz的T型结功分器,并对其进行了削角优化,优化后10GHz时S11达到-25dB以下,二个输出端口间的隔离度达到-7dB;还设计了一个工作频率同样为10GHz的Wilkinson型功分器,利用仿真软件CST微波工作室对其进行了仿真,研究了其在外加偏置磁场影响下的传输特性。最后,设计了工作频率在10GHz的微带贴片天线,并仿真了二单元天线阵与四单元天线阵,通过对仿真结果的比较中得出了随着天线元的增多,天线增益变高,方向图中的主瓣越来越尖锐的实验结果。并将天线阵与馈电网络级联,对相控阵的辐射特性进行了仿真与分析,分别仿真了二单元相控阵和四单元相控阵两种类型,其结果显示在外加偏置磁场控制下,天线阵实现波束扫描的功能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 相控阵天线技术的背景及其简介
• 1.2 移相器技术的发展及现状
• 1.3 研究背景和意义
• 1.4 研究方法介绍
• 1.5 本文的主要工作及内容安排
• 第二章 铁氧体移相器及相控阵基本理论
• 2.1 相控阵的馈电方式
• 2.2 铁氧体移相器的基本理论
• 2.2.1 磁滞回线
• 2.2.2 磁导率张量
• 2.2.3 磁化强度方程
• 2.2.4 有效线宽
• 2.3 微波在无限铁氧体介质中的传播
• 2.3.1 纵向磁化传输
• 2.3.2 横向磁化传输
• 2.4 阻抗匹配网络
• 2.4.1 阶梯阻抗变换
• 2.4.2 隔离原理
• 2.5 阵列天线的波瓣相乘原理
• 2.5.1 直线阵分布
• 2.5.2 均匀分布
• 第三章 馈电网络的设计
• 3.1 功分馈电网络的设计
• 3.2 铁氧体移相器的设计
• 3.3 相位响应的计算
• 3.4 总结
• 第四章 仿真结果与分析
• 4.1 铁氧体基底微带传输线传输特性
• 4.2 T型结功分器的仿真结果
• 4.3 微带天线仿真实验结果
• 4.4 总结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 全文感受
• 5.3 未来工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 研究生期间发表的论文