本文關鍵詞： 人工電磁調控 多波束天線 均勻性 單軸各向異性　出處：《哈爾濱工業(yè)大學》2014年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：多波束天線自20世紀60年代誕生以來，就在衛(wèi)星通信、雷達、電子對抗等領域獲得了廣泛的應用。進入21世紀以來更是廣泛應用于被動毫米波成像，毫米波雷達，高數據傳輸率的衛(wèi)星通信。傳統(tǒng)反射面多波束天線體積較大且笨重，而相控陣天線的饋電及相移網絡復雜，設計成本高昂。電磁調控的透鏡類多波束天線則具有成本低波束一致性好優(yōu)點。而變換光學的出現(xiàn)在人工電磁調控領域如隱身，幻覺光學有廣泛應用，其中一個重要應用的應用是設計多波束天線。 本文提出了一種基于變換光學的N波束天線設計的一般方法。構成該天線的超薄透鏡電磁參數具有均勻性和單軸各向異性的特點。傳統(tǒng)變換光學函數映射會引入電磁參數的非均勻性，我們采用線性變換函數，從而消除了透鏡電磁參數的非均勻性因而更有利于實際工程中的加工設計。在近場，該轉換媒質可以使點源輻射的均勻球面波轉換為設計方向的準均勻平面波。表現(xiàn)在遠場上，即點源的全向輻射則變成了各個特定方向的定向輻射。由于變換函數作用對稱的變換區(qū)域，各波束形狀差異性小，保持了良好的一致性。由于采用單個偶極子天線作為饋源極大地降低了傳統(tǒng)多喇叭天線構成的多波束天線系統(tǒng)饋電網絡的復雜性。同時，，轉換媒質的單層介質基板的特性相對于金屬喇叭具有輕量化、體積小的優(yōu)點，降低了成本。 為了驗證我們的理論設計，我們加工制造并測試了一個四波束天線。在簡化的TE模式下，轉換媒質僅僅需要構造介電常數一個z方向的分量，我們采用介質基板上印制金屬帶條人工構造了這種媒質。測試結果表明該天線四個波束增益較饋源偶極子天線提高了6dB，由于阻抗的不匹配程度較小，它的帶寬和反射系數幾乎保持不變。工作在無線局域網覆蓋的5.3GHz到5.7GHz頻段內，可應用于多輸入多輸出系統(tǒng)。針對變換光學簡化參數后阻抗不匹配的不足，我們還研究了基于阻抗匹配的惠更斯面電磁調控，對平面波進行了匯聚和偏折仿真實驗。匯聚實驗仿真結果表明，匯聚焦點場強為原來1.72倍。我們提出的人工電磁調控的方法僅僅需要單層透鏡，透鏡電磁參數具有均勻性和單軸各向異性的優(yōu)點可應用于多波束天線系統(tǒng)設計及其他微波器件的設計，對提高我國新一代的衛(wèi)星通信系統(tǒng)和雷達系統(tǒng)具有重要理論和實際應用價值。
[Abstract]:Since the birth of multi-beam antenna in 1960s, it has been widely used in satellite communication, radar, electronic countermeasure and other fields. Since 21th century, it has been widely used in passive millimeter wave imaging, millimeter wave radar, etc. Traditional reflector multi-beam antenna is large and bulky, while phased array antenna is complex in feed and phase shift network. The design cost is high. The lens multi-beam antenna with electromagnetic control has the advantages of low cost and good beam consistency. However, the appearance of transform optics in artificial electromagnetic control fields such as stealth, hallucination optics has a wide range of applications. One of the important applications is the design of multi-beam antennas. In this paper, a general design method of N-beam antenna based on transform optics is presented. The electromagnetic parameters of ultra-thin lens are uniform and uniaxial anisotropy. The inhomogeneity of electromagnetic parameters, We use the linear transformation function to eliminate the inhomogeneity of the electromagnetic parameters of the lens, which is more favorable to the machining design in the practical engineering. The transformation medium can convert the uniform spherical wave emitted from the point source into a quasi-uniform plane wave in the design direction. That is, the omnidirectional radiation of the point source becomes directional radiation in each particular direction. Due to the symmetrical transformation area of the transformation function, the difference of the shape of the beam is small. Because the single dipole antenna is used as the feed, the complexity of the multi-beam antenna system is greatly reduced. At the same time, The characteristics of the monolayer dielectric substrate of the conversion medium have the advantages of light weight, small volume and low cost compared with the metal horn. To verify our theoretical design, we fabricated and tested a four-beam antenna. In a simplified te mode, the conversion medium only needs to construct a component of the dielectric constant in the z direction. This medium is constructed manually by using printed metal strip on the dielectric substrate. The test results show that the gain of the four beams of the antenna is 6 dB higher than that of the feed dipole antenna, and the impedance mismatch is smaller than that of the feed dipole antenna. Its bandwidth and reflection coefficient remain almost unchanged. It can be used in multi-input and multi-output systems in the range of 5.3GHz to 5.7GHz covered by WLAN. We also study the electromagnetic control of Huygens surface based on impedance matching. The convergence and deflection experiments of plane waves are carried out. The simulation results show that, The intensity of the focus field is 1.72 times that of the original. The artificial electromagnetic control method proposed by us requires only a single lens. The lens electromagnetic parameters have the advantages of uniformity and uniaxial anisotropy, which can be used in the design of multi-beam antenna system and other microwave devices. It has important theoretical and practical application value for improving the new generation of satellite communication system and radar system in China.
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TN820

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本文編號：1546805