【摘要】：與對(duì)稱單脊波導(dǎo)縫隙陣相比,非對(duì)稱單脊波導(dǎo)縫隙陣體積小、無寄生副瓣、可寬角掃描、易實(shí)現(xiàn)低副瓣電平,因此被廣泛應(yīng)用于機(jī)載、艦載相控陣?yán)走_(dá)天線系統(tǒng)。矩形單脊波導(dǎo)的橫截面尺寸大、工作帶寬窄且衰減嚴(yán)重,已無法滿足現(xiàn)代無線通訊的要求,而且非對(duì)稱單脊波導(dǎo)縫隙陣的設(shè)計(jì)方法多為Elliott的三組設(shè)計(jì)方程,該方法只適用于矩形非對(duì)稱單脊波導(dǎo)縫隙陣,但無法求解復(fù)雜截面的脊波導(dǎo)縫隙陣�；谝陨蠁栴},研究復(fù)雜截面非對(duì)稱單脊波導(dǎo)的傳輸特性,并尋找一種適合于復(fù)雜截面非對(duì)稱單脊波導(dǎo)縫隙陣的設(shè)計(jì)優(yōu)化方法,可有效提高現(xiàn)代無線通訊質(zhì)量。本文基于介質(zhì)填充非對(duì)稱倒梯形單脊波,利用有限元法結(jié)合MATLAB編程,研究填充介質(zhì)的位置和寬度對(duì)填充非對(duì)稱倒梯形單脊波導(dǎo)的歸一化截止波長、單模帶寬、歸一化衰減常數(shù)、功率容量和阻抗特性的影響。在此基礎(chǔ)之上,選擇傳輸特性最好的結(jié)構(gòu)作為縫隙陣的饋電波導(dǎo)。根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo),確定填充非對(duì)稱倒梯形單脊波導(dǎo)縫隙陣的整體結(jié)構(gòu),計(jì)算出各縫隙的激勵(lì)幅度分布和電導(dǎo)分布。根據(jù)等效傳輸線理論,在高頻電磁仿真軟件HFSS中建立10元縫隙陣模型,提取縫隙電導(dǎo)和物理參數(shù)。仿真分析16元填充非對(duì)稱倒梯形單脊波導(dǎo)縫隙陣可以發(fā)現(xiàn),該縫隙陣滿足高增益、低副瓣和窄波束的要求,具有良好的輻射特性。與相關(guān)文獻(xiàn)對(duì)比可知,利用介質(zhì)填充非對(duì)稱倒梯形單脊波導(dǎo)作為天線的饋電波導(dǎo),可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)天線的小型化。由于實(shí)際加工中存在的誤差,縫隙陣方向圖副瓣和增益應(yīng)保留一定的余量。初始設(shè)計(jì)陣列的口徑分布與理想天線的口徑分布具有一定的差異,在分析誤差產(chǎn)生原因的基礎(chǔ)上,構(gòu)造“近場幅相分布逼近”為目標(biāo)函數(shù),采用遺傳算法對(duì)各縫隙的諧振參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。在MATLAB中編寫遺傳算法的主程序和HFSS建模仿真的腳本程序,通過腳本接口返回近場幅值和相位分布,計(jì)算出適應(yīng)度值,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)間的傳遞。優(yōu)化結(jié)果表明天線的性能得到了顯著提升。
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN957.2
【圖文】：

蘭州交通大學(xué)碩士學(xué)位論文2 波導(dǎo)縫隙天線的基本理論導(dǎo)行電磁波（也稱電磁波）可以在某種特定結(jié)構(gòu)的內(nèi)部或周圍傳播。波導(dǎo)是一種引導(dǎo)電磁波傳輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)，一般為空心的金屬管，用波導(dǎo)傳輸電磁波可以防止電磁波由空間擴(kuò)散。常見的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)有：金屬波導(dǎo)、同軸線、微帶傳輸線及無限長平行雙等[56-58]。如圖 2.1 所示為常見的幾種波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。(a) 矩形波導(dǎo)和矩形脊波導(dǎo) (b) 圓形脊波導(dǎo) (c) 同軸線

編程計(jì)算其傳輸特性。計(jì)算脊波導(dǎo)五種傳輸特性的程序如圖2.5 所示。PDE 工具箱，是基于 MATLAB 的求解二維偏微分方程問題的一個(gè)強(qiáng)大而又靈活的工作環(huán)境[61]。常被用于求解靜電場、靜磁場、交流電磁場、結(jié)構(gòu)力學(xué)和熱傳導(dǎo)等領(lǐng)域的問題，可求解的方程類型主要包括特征值方程、拋物線方程、雙曲方程和橢圓方程等。其功能包括[62]：(1) 建立偏微分方程問題的幾何模型；(2) 設(shè)置邊界條件，構(gòu)造方程，確定 PDE 定解問題；(3) 采用 FEM 對(duì) PDE 問題進(jìn)行求解；(4) 剖分求解域，求出數(shù)值解；(5) 數(shù)值解的可視化。

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本文編號(hào)：2713656