摘要
相控阵天线具有高增益、波束捷变及波束赋形等优点，已经广泛应用在军事雷达领域和民用领域。近年来，无人机（UnmannedAerialVehicles，UAV）对相控阵天线的需求激增。作为无人机载雷达的重要部件，无人机载相控阵天线在雷达性能中起着关键性作用。由于无人机平台载荷舱空间小、载重能力有限，这就要求相控阵天线具有宽频带、多功能、宽角扫描、高效率的特点，还要求体积小、成本低、重量轻和集成度高。基片集成波导（SubstrateIntegratedWaveguide，SIW）具有减小互耦、抑制表面波的优势，而微带贴片天线具有低剖面、易集成的特点，本文结合两者，对无人机载的相控阵天线关键技术进行研究，设计了几款结构新颖、高性能的无人机载相控阵天线。本论文的主要研究工作概括如下： 1．提出了一种宽带SIW背腔贴片天线单元及阵列天线。该线极化叠层天线单元利用物理接触技术，有效地克服了传统宽带叠层贴片剖面高、制作工艺复杂的问题，实现了低剖面、低成本、一体化加工。该宽带宽角扫描相控阵天线具有工作频带内效率高、增益波动小的特点，有着广阔的应用前景。 2．提出了一种加载介质空腔的宽带SIW背腔贴片天线单元及阵列天线。传统的叠层贴片天线在制作高集成度的瓦片式相控阵天线时会由于背钻工艺而损伤贴片。所提出的圆极化天线单元利用叠层贴片理论和介质空腔技术，采用2块电路板（PrintedCircuitBoard，PCB）分开加工，一次压合，实现了不损伤贴片、低成本的优点。该宽带宽角扫描相控阵天线是卫星通信系统较好的选择方案。 3．提出了一种简便的方法抑制相控阵天线扫描盲点。常规的SIW相控阵天线在高频点工作时，由于表面波原因，在大角度扫描时出现扫描盲点，虽然扫描盲点不在扫描范围内，但是对天线在±45°内的扫描性能影响较大。在深入分析了相控阵天线扫描盲点的产生机理后，提出了一种有效的方法来抑制扫描盲点。在不改变天线单元结构、不改变单元尺寸和剖面高度情况下，利用等效口径原理，仅通过移动SIW的金属柱位置，实现对扫描盲点的抑制，获得更宽的有源单元方向图。所提出的相控阵天线能实现平面±45°扫描范围内增益波动小于3dB，显著地改善了阵列扫描性能。 4．基于相控阵天线的相位可控特点，提出了一种改进的圆极化可重构相控阵天线。与常规的圆极化可重构相控阵天线相比，该天线性能有着显著地提升。常规纯线极化单元组成的圆极化可重构相控阵天线在大角度扫描时轴比性能恶化严重。提出了利用45°线极化天线作为可重构相控阵天线的改进单元。在不改变阵列结构情况下，实现高性能的圆极化可重构相控阵天线。该阵列可实现平面±60°的宽角扫描特性，同时阵列的法向增益、副瓣电平以及扫描轴比等指标有着明显改善。 5．基于相控阵天线的相位可控特点，利用巧妙的单元布阵，提出了一种利用圆极化天线单元实现线极化可重构相控阵天线。将左、右旋圆极化天线单元按照对角旋转放置，再通过适当的相位补偿，可以实现线极化可重构。与常规线极化可重构相控阵天线相比，该线极化可重构的相控阵天线因为采用圆极化单元，其工作带宽更宽。此外，该线极化可重构天线具有无需加载器件、无寄生效应、成本低的优点。
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