摘要
双圆极化微带天线具有低剖面、抗多径效应、易于载体表面共形等优点，被广泛应用于雷达、通信等无线电系统。本文针对某X波段收发一体化的穹顶形天线阵系统低成本、小型化的项目需求，采用微波多层电路技术，对三维集成一体化的双圆极化微带天线阵列与馈电网络进行了研究，论文的主要工作和创新点如下： （1）针对穹顶天线紧凑布阵的需求，提出了一种基于T形等效法的小型化定向耦合器设计方法，对双圆极化天线的三分支定向耦合器进行了小型化设计，使耦合器尺寸与传统设计方案比缩小了40%。在此基础上，设计了一款微带贴片形式的低剖面双圆极化天线单元，天线通过金属化过孔实现圆形辐射贴片与小型化耦合器的连接。仿真结果表明，天线单元在X波段10%带宽内的增益高于4.2dBi，轴比小于1.7dB。然后根据穹顶形天线阵系统的子阵级布阵方案，设计了一款基于三角栅格排布的半正六边形 12 元子阵面片，增益高于14.2dBi，轴比小于2.17dB。 （2）针对双圆极化子阵面片双馈电网络的需求，提出了一种紧凑型馈电网络结构，以弯折一分三和一分四功分器为基础，通过50Ω级联线、金属化过孔实现信号的互连，经层叠设计、总输入端口馈电结构设计、基础功分器设计和布局布线设计，研制了紧凑集成的两套并联馈电网络，分别用于收发共天线的 12 元子阵面片左旋、右旋圆极化馈电。仿真结果表明，左旋、右旋圆极化馈电网络在X波段10%带宽内，1分12功分器的插入损耗分别小于12.98dB、12.88dB。 （3）设计了阵列天线与馈电网络之间微带线-微带线、微带线-带状线两种形式的过渡结构，完成了12元子阵面片与双馈电网络的一体化集成设计与仿真，并进行了实物加工与测试，验证了本文设计方案的正确性。测试结果表明，阵列极化端口间隔离度大于19.15dB，轴比小于3.5dB，左旋、右旋圆极化增益波动范围分别为11.71dBi-13.32dBi、10.82dBi-13.08dBi。同已有的设计方案比，不仅在增益、轴比性能上有所提高，而且多层微波板中的金属层数由10层减少至6层，省掉了中间层的盲孔，明显降低了加工复杂度和天线成本。
NETL