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一种高增益宽频带圆极化微带阵列天线的研制
作者：李宁张怀武苏桦
来源：《物联网技术》2013年第06期
摘要：针对微带天线阻抗匹配带宽一般较窄的自身缺陷，基于相控阵雷达天线的应用背景，设计了一种工作在X波段的双层圆极化微带天线结构，且优化发现，其各电磁参数良
好。为提高其增益，还在此基础上设计并最终制作了双层2×2结构的微带天线阵列，其实测性能与设计值相符，增益达到10.7 dB，带宽1.2 GHz，相应轴比为4 dB，符合圆极化要求。
关键词：相控阵雷达天线；X波段；微带天线阵；圆极化
中图分类号：TN822 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2013）06-0020-03
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相控阵雷达具有可多发多收、快速响应及定位波束指向，可用多部发射机同时工作以整合功率，结构上易于使天线与雷达集成共形等特点，在实现高速探测、高效和并行跟踪、拓展雷达三维作用范围等方面具有明显的优势，因此，相控阵雷达成为当今雷达发展的主流。相控阵雷达与外界信号的交流与传递离不开雷达的天线系统，天线系统性能的优劣很大程度上决定了雷达系统的优良。而就相控阵天线的发展方向而言，小型化、集成化、高增益是一重要方面。
20世纪60年代中期，天线阵技术的主要形式是开口波导和振子类型的天线单元组成的阵；到70年代之后，随着微带天线的问世和发展，人们对以微带线馈电的微带天线阵产生了浓厚的兴趣。这是由于微带阵列天线具有众多先天优势，如外形简单，易于分析研究和加工制作，成本低廉且体积小适合大众研发能力，容易同应用后端集成共形，易于实现多极化、变极化或多频点工作等优点，而其馈电网络可以与阵列天线共面集成于同一块介质基板上更是其他类型的阵列天线望尘莫及的特性。可是，微带阵列天线也存在一些固有缺陷，如增益较小，带宽窄，在高频段容易出现表面波，单个阵元承受功率受到一定的限制等。为了解决这些问题，经过研究人员近几十年的努力，它的一些缺陷正逐步得到改善，包括采用新的介质材料、新的制作工艺等，已使它的频带宽度、辐射增益和应用范围等都得到了很大的改善，从而使微带阵列天线在相控阵天线高增益、集成化的发展方向上得到越来越多的应用。由于其特征所趋，国内外对于相控阵天线的研究重心都放在了军事领域，尤其是各种雷达、通信、遥感和卫星等设备中，目的是能够在复杂的电磁环境中正常有效地完成工作目标，近些年来也广泛地应用于各种空间飞行器之上。目前，为了满足新时期国民经济社会建设发展的需要，有源、无源相控阵天线在卫星广播电视、无线互联通信、国土气象预测等民用商业领域也都得到了相对广泛的应用。