W波段反射陣列天線設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯

W波段反射陣列天線設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)1W波段反射陣列天線設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯5/9/2024目錄一選題依據(jù)

課題目標(biāo)

相關(guān)原理

天線單元的仿真優(yōu)化小口徑W波段平面反射陣列天線設(shè)計(jì)反射陣列天線的測(cè)試論文特色三一四五五二六2W波段反射陣列天線設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯5/9/2024選題依據(jù)一3W波段反射陣列天線設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯5/9/2024一1.平面反射陣列天線相比傳統(tǒng)拋物面天線和相控陣天線有很多優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而且反射面為平面，便于加工制造和運(yùn)輸，只需要對(duì)饋源進(jìn)行饋電，不用設(shè)計(jì)復(fù)雜的饋電網(wǎng)絡(luò)；可以獲得較高增益制造成本相對(duì)較低4W波段反射陣列天線設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯5/9/2024W波段平面反射陣列天線由于頻率較高,采用的理論較為復(fù)雜。2.W波段平面反射陣列天線自身存在一些缺點(diǎn)加工難度大,國(guó)內(nèi)外的研究較少。平面反射陣列天線的單元難以實(shí)現(xiàn)寬頻帶5W波段反射陣列天線設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯5/9/2024二課題目標(biāo)6W波段反射陣列天線設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯5/9/2024本課題的目標(biāo)

本課題的設(shè)計(jì)一種新型寬帶單元，優(yōu)化其參數(shù)，實(shí)現(xiàn)較寬的相位動(dòng)態(tài)范圍和較低的相位誤差敏感度。基于所設(shè)計(jì)的寬帶單元的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一個(gè)中心點(diǎn)94Ghz增益大于37db，口徑效率大于40％，4Ghz帶寬范圍內(nèi)增益跌落小于2db的反射天線陣列。7W波段反射陣列天線設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯5/9/2024三相關(guān)原理8W波段反射陣列天線設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯5/9/2024如圖，平面反射陣天線由饋源和平面反射陣列組成。反射陣列天線通過(guò)陣列的各個(gè)單元進(jìn)行相位調(diào)節(jié)。饋源輻射在平面周期反射陣面上，改變陣面上各個(gè)單元結(jié)構(gòu)來(lái)補(bǔ)償相位，以使得反射波在預(yù)定輻射方向上的垂直面上實(shí)現(xiàn)等相位疊加。得到較高的增益。反射陣列原理平面反射陣列天線的工作原理一.9W波段反射陣列天線設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯5/9/20241.移相單元的選擇平面反射陣列天線的是依靠反射陣單元進(jìn)行相位修正，設(shè)計(jì)合理正確的單元形式是此類天線設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在。傳統(tǒng)的移相單元主要有以下幾種平面反射陣列天線的結(jié)構(gòu)分析10W波段反射陣列天線設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯5/9/2024枝節(jié)型單元的反射陣天線，是通過(guò)改變單元末端加載的傳輸線枝節(jié)的長(zhǎng)度來(lái)修正各單元的相移量。傳輸線枝節(jié)是作為一個(gè)移相器的作用而存在的。各個(gè)單元具有長(zhǎng)短不一的枝節(jié)傳輸線來(lái)控制反射波相位。這種單元結(jié)構(gòu)既能用于實(shí)現(xiàn)圓極化也能用于實(shí)現(xiàn)線極化。(1).枝節(jié)型單元枝節(jié)型單元11W波段反射陣列天線設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯5/9/2024旋轉(zhuǎn)型單元主要是應(yīng)用在設(shè)計(jì)圓極化平面反射陣天線，調(diào)整每個(gè)單元的旋轉(zhuǎn)角度，來(lái)補(bǔ)償各單元對(duì)中心單元反射波的相移量，從而使各單元的反射波束在天線主輻射方向上獲得等相位面，形成各波束相疊加。(2).旋轉(zhuǎn)型單元旋轉(zhuǎn)型單元12W波段反射陣列天線設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯5/9/2024尺寸型單元即是通過(guò)改變單元電尺寸的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)相位修正補(bǔ)償，尺寸型單元結(jié)構(gòu)不需要像枝節(jié)型單元一樣加載傳輸線，因此貼片的輻射效率較高且交叉極化性能也較好。另外，尺寸型的各個(gè)單元僅是電尺寸大小不一，可以使用光刻腐蝕技術(shù)加工，加工也較為簡(jiǎn)便。所以本項(xiàng)目使用本項(xiàng)目使用尺寸型作為移相單元(3).尺寸型單元尺寸型單元13W波段反射陣列天線設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯5/9/2024四天線單元的仿真優(yōu)化14W波段反射陣列天線設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯5/9/2024用HFSS建立的主從邊界法模型示意圖反射陣單元及其參數(shù)模型示意圖單元的結(jié)構(gòu)15W波段反射陣列天線設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯5/9/2024參數(shù)h對(duì)單元相移曲線的影響基片厚度越大，相移范圍越小，但是其相移曲線的變化更加的平坦。因此在相位范圍滿足360°的情況下，可以適當(dāng)增加介質(zhì)基片的厚度來(lái)獲得相對(duì)平滑的相位曲線。單元參數(shù)對(duì)單元相移曲線的影響16W波段反射陣列天線設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯5/9/2024參數(shù)g對(duì)單元相移曲線的影響隨著十字和圓環(huán)貼片之間的間隔減少，其相位范圍增加。當(dāng)g=0.1mm時(shí)，單元的最大調(diào)相范圍可以到達(dá)500°。

17W波段反射陣列天線設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯5/9/2024參數(shù)d對(duì)單元相移曲線的影響不同圓環(huán)寬度d對(duì)于單元相位曲線的影響如圖所示，d越大相移范圍越小d對(duì)單元相位特性的影響和g類似，d為0.1mm時(shí)，相位達(dá)到450°左右。18W波段反射陣列天線設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯5/9/2024參數(shù)s對(duì)單元相移曲線的影響不同十字寬度s對(duì)于單元相位曲線的影響如圖所示，s的變化時(shí)，僅僅是改變單元中十字部分的結(jié)構(gòu)，所以s的改變僅僅是在十字結(jié)構(gòu)的諧振點(diǎn)附近產(chǎn)生輕微起伏，單元的相位變化區(qū)間范圍幾乎不變，只影響相移曲線后端的平坦度。19W波段反射陣列天線設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯5/9/2024對(duì)參數(shù)的整體分析設(shè)計(jì)天線時(shí)，只需要一段滿足360°范圍且線性度較好的相位曲線即可。單考慮移相范圍，d、g、h越小約好，但由于單元結(jié)構(gòu)大小L是確定的(1.9mm)，d，g增加勢(shì)必會(huì)減少w的可調(diào)范圍，且d，g太小則會(huì)增加加工的難度。根據(jù)上述各參數(shù)對(duì)單元相移特性的影響，結(jié)合加工精度的要求，選擇最佳參數(shù)s=0.1mm，d=0.1mm，g=0.1mm，h=20mil，選取十字振子w在0.25mm到0.95mm這一段變化時(shí)的相位曲線，此時(shí)相位范圍可以為400°左右。20W波段反射陣列天線設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯5/9/2024單元的頻帶特性分析在平面反射陣天線設(shè)計(jì)中是利用在94GHz處的相移關(guān)系進(jìn)行相位修正的。但是，天線在工作中隨著頻率變化時(shí)，單元的相移曲線必然也會(huì)發(fā)生變化，那么之前在此基礎(chǔ)上所進(jìn)行的相位補(bǔ)償必然會(huì)引起一定程度的偏差。圖示為各參數(shù)不同頻率處的相位曲線，各曲線之間近似平行。當(dāng)頻率變化時(shí)，各陣列單元之間的相對(duì)相移量近似不變，可近似認(rèn)為頻率變化所產(chǎn)生的相位誤差不足以嚴(yán)重影響天線的性能，從而拓寬了反射陣天線的工作帶寬。不同頻率處的相移特性曲線21W波段反射陣列天線設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯5/9/2024五小口徑W波段平面反射陣列天線設(shè)計(jì)22W波段反射陣列天線設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯5/9/2024反射陣陣面設(shè)計(jì)確定了單元的尺寸，就可以設(shè)計(jì)和仿真平面反射陣天線，反射陣天線結(jié)構(gòu)如圖所示，、、確定后就可以確定饋源的位置23W波段反射陣列天線設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯5/9/2024確定了如上參數(shù)，就可以用Matlab矩面計(jì)算程序，計(jì)算出反射陣面中各個(gè)單元所需要的補(bǔ)償相位量。然后根據(jù)單元相位與單元尺寸的相移曲線關(guān)系，插值出對(duì)應(yīng)單元的物理尺寸大小，陣面計(jì)算程序的計(jì)算框圖如圖所示。天線陣面計(jì)算程序的流程圖24W波段反射陣列天線設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯5/9/20240.57870.57390.57280.57560.58210.59180.60410.61810.63390.56510.55980.55870.56170.56870.57920.59260.60780.62430.55470.97810.97840.55120.55850.56960.58370.60000.61730.97840.97960.97990.97920.55220.56360.57820.59510.61300.97890.98010.98040.97970.55000.56150.57630.59340.61150.97840.97960.97990.97920.55220.56360.57820.59510.61300.55470.97810.97840.55120.55850.56960.58370.60000.61730.56510.55980.55870.56170.56870.57920.59260.60780.62430.57870.57390.57280.57560.58210.59180.60410.61810.6339插值得出的尺寸本課題中，基于前節(jié)中提出的W波段反射陣單元，設(shè)計(jì)一款中心頻率94GHz81個(gè)單元（9*9）的反射陣天線進(jìn)行仿真，驗(yàn)證單元的設(shè)計(jì)的正確性。主輻射方向?yàn)?，為增加反射效率及減少副瓣，饋源位于法線另一側(cè)且保證入射角為30°。25W波段反射陣列天線設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯5/9/2024如圖為主輻射方向上的最大增益和頻率的關(guān)系曲線。從圖中可以清楚地看到，仿真結(jié)果表明在90-100GHz(10.6%帶寬)頻率范圍內(nèi)的增益范圍，增益跌落小于1dB，其帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)寬于傳統(tǒng)的單層天線的帶寬。小口徑天線的設(shè)計(jì)實(shí)例，直接驗(yàn)證了反射陣天線設(shè)計(jì)的正確性及單元相移的精準(zhǔn)性。平面反射陣天線在不同頻率處的仿真增益26W波段反射陣列天線設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯5/9/2024六反射陣列天線的測(cè)試27W波段反射陣列天線設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯5/9/2024本課題用上文中提到到方法加工測(cè)試了一個(gè)口徑面大100mm×134mm的反射陣列天線。圖6-1至6-4分別給出該反射陣天線在93-96GHz各點(diǎn)的歸一化的輻射方向圖。各頻點(diǎn)的輻射方向圖均能達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)的輻射方向，且波束增益高，波束尖銳，方向性好。其中，中心頻點(diǎn)94GHz處，實(shí)測(cè)峰值增益為39.3dB，波束寬度為1.7度左右，最高副瓣電平均低于-16dB以下，口徑效率為51.75%左右。達(dá)到了課題的設(shè)計(jì)目標(biāo)28W波段反射陣列天線設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯5/9/202493GHz94GHz95GHz96GHz圖6-1圖6-2圖6-3圖6-4由圖可知，各頻點(diǎn)的輻射方向圖均能達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)的輻射方向，且波束增益高，波束尖銳，方向性好。其中，中心頻點(diǎn)94GHz處，實(shí)測(cè)峰值增益為39.3dB，波束寬度為1.7度左右，最高副瓣電平均低于-16dB以下，口徑效率為51.75%左右。29W波段反射陣列天線設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯5/9/2024圖6-5給出了92-98GHz范圍內(nèi)，反射陣天線實(shí)測(cè)的峰值增益，其最大增益為40.8dB，最小增益為39dB，在此頻帶范圍（8.5%的相對(duì)帶寬）內(nèi)增益跌落小于3dB,保證了相對(duì)較好的寬帶性能。達(dá)到了課題的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

反射陣天線在各頻點(diǎn)處的實(shí)測(cè)峰值增益圖6-530W波段反射陣列天線設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯5/9/2024七論