Ka波段MIMO阵列天线技术研究开题报告
2022-01-17 11:01
全文总字数：3836字
1. 研究目的与意义及国内外研究现状
本课题的目的是研制一种适用于ka波段mimo成像系统的阵列天线，根据系统的整体设计方案及分配的指标，优先天线单元的结构形式及馈电方式，并进行合理的阵列配置，最终经过仿真优化，完成天线的设计，并进行实验测试。
本课题的意义是探索一种在性能指标、工艺、成本等方面比较均衡的天线结构形式，并能应用于某型mimo近距离雷达成像系统中。
国内外研究现状
2. 研究的基本内容
本文对一种工作于Ka波段的MIMO阵列天线进行了研究。首先根据某型Ka波段MIMO安检成像雷达系统对天线阵列的技术指标要求，对天线的设计方案进行了论证，最终结合电性能指标和结构工艺指标，决定采取同轴馈电的矩形波导口面天线作为辐射单元。对天线单元的馈电方式和结构参数进行了优化仿真，使其满足设计指标的要求。在此基础上，根据MIMO阵列的要求，对天线单元进行了阵列组合，并通过结构开槽的方法使得相邻单元之间的隔离度满足要求，并对扼流缝的隔离效果进行了验证。最后，在单元及阵列优化设计的基础上，完成了阵列天线实验样品的加工，并进行了测试。
3. 实施方案、进度安排及预期效果
一开始以加工角度为主，方案是基于PCB板的微带式结构天线，但常规微带单元属于谐振式，为拓宽工作频带需要要采用多层电路结构及耦合式馈电，在集成与安装固定上不具备可行性，难度较大，一次成功率不高。后提出宽频带、易匹配、圆极化好的阿基米德平面螺旋天线的结构，但是螺旋天线为双向辐射，需要加装背腔，降低了带宽和工作效率，balun馈电又增加了结构的立体性，故也不具备一定可行性。最后确定使用波导作为天线阵元，其本身约束性好，高效率，高可靠度等优点，且机械加工成本低，一致性好，适合大批量生产。
但常规波导的规格超出阵元间距的要求，为了进行一定的缩减，提出使用矩形波导口面，一方面保证截止频率低于截止频率，另一方面保证波瓣均匀，能量集中在主瓣。为了保证单模传播，传输模式限制在TE10。为满足天线在与后端收发通道开关切换网络的级联，波导辐射单元使用同轴馈电，使用不带法兰街头的小型玻璃绝缘子，通过优化设计，解决了金属探针到矩形波导的一个过渡转化。利用HFSS进行三维建模，通过参数扫描进行参数优化，仿真以8个阵元为的子阵列，绘制图像，观察隔离度，最后得到仿真结果，对比是否满足设计指标，再利用solidworks进行建模，明确阵列天线的排布，打印出设计图纸进行机械加工，最后进行试验测试，从而得出实验数据带内电压驻波比为1.5，增益为5.6dB，波束宽度为100* 68，后瓣抑制为17.8dB，相邻阵元隔离度为27.5dB。满足符合预期。
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