波束切換陣列天線及其饋電系統(tǒng)的研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代移動通信和空中平臺的飛速發(fā)展，地面移動載體跟蹤空中平臺通信的“動中通”通信系統(tǒng)成為現(xiàn)代移動通信的重要發(fā)展領域。波束切換陣列天線可實現(xiàn)對空中平臺的快速掃描跟蹤，常被應用于“動中通”通信系統(tǒng)。本文的主要任務是研究波束切換陣列天線及其饋電系統(tǒng)。
　　采用寬帶圓極化技術設計波束切換陣列天線，獲得寬軸比帶寬特性并實現(xiàn)小型化。天線單元采用雙橢圓縫隙耦合饋電，并在微帶饋線上添加與之垂直的開路枝節(jié)，實現(xiàn)了寬帶圓極化特性。天線單元獲得42.

2、7％的阻抗帶寬和38.3%的軸比帶寬，天線增益在4.5GHz-5.1GHz范圍內大于8dBi。在設計的天線單元的基礎上，采用等幅正交饋電設計了二元陣列天線，并通過在接地板上加載梳狀結構降低了天線單元間耦合作用對二元陣列天線性能的影響。二元陣列天線相對阻抗帶寬為40%，相對軸比帶寬為27.4%，在指標要求的4.5GHz-5.1GHz范圍內，最大增益達到10.6dBi。在設計的二元陣的基礎上，設計了2×4的八單元波束切換陣列天線。仿真得到，

3、分別采用-45°、135°、-135°和45°相位差為八單元天線陣饋電，獲得3dB波束寬度分別為20.3°、21.6°、24.4°和20.2°的四個波束。四波束在俯仰面基本覆蓋90°空間范圍。
　　改進并測試寬帶微帶縫隙耦合Butler矩陣，同時對控制波束切換的PIN二極管單刀四擲（SP4T）開關進行設計。采用橢圓縫隙耦合對4×4寬帶Butler矩陣進行改進，并對其進行了加工和測試。分析測試結果可知，雖然But ler矩陣各輸出端

4、口相位差較仿真值有5°-10°的偏差，但是Butler矩陣相位分布偏差對波束切換陣列天線跟蹤空中平臺通信影響不大，滿足設計要求。采用串并聯(lián)電路，設計了用于控制Butler矩陣通路切換的PIN二極管單刀四擲（SP4T）開關，并對其進行了加工和測試。SP4T開關在4.5GHz-5.1GHz范圍內實現(xiàn)了低插入損耗和高隔離度特性。Butler矩陣和PIN二極管SP4T開關組成波束切換陣列天線的饋電系統(tǒng)。
　　將寬帶圓極化陣列天線、微波開關