發(fā)布時間：2020-04-08 04:17

【摘要】：隨著電磁波研究頻率趨于高頻,衛(wèi)星天線的設(shè)計面臨著巨大挑戰(zhàn)。為了實現(xiàn)遠距離傳輸,天線通常需要具有高增益、低副瓣的特性,其工作帶寬、尺寸、成本和重量也是設(shè)計的重要指標。在高頻頻段若采用介質(zhì)材料,會產(chǎn)生很大的損耗,因而盡量使用純金屬結(jié)構(gòu)來避免介質(zhì)損耗。常用的高增益、低副瓣天線有平面陣列天線、透鏡天線以及反射面天線,各有其優(yōu)缺點。本文主要對低副瓣平板陣列天線及透鏡天線進行了研究。首先,本文設(shè)計了一個X頻段單脈沖天線。根據(jù)指標要求,確定天線由八根窄邊波導(dǎo)行波陣構(gòu)成。并依據(jù)泰勒分布計算陣列中縫隙單元的激勵幅度,得到每個縫隙的尺寸,從而實現(xiàn)天線方位面的低副瓣設(shè)計。在天線陣面一端接有實現(xiàn)單脈沖及低副瓣特性饋電網(wǎng)絡(luò),主要由不等分功分器及魔T構(gòu)成。經(jīng)過仿真,天線在方位面副瓣低于-27.5 dB,俯仰面副瓣低于-26 dB,工作頻帶范圍內(nèi)天線駐波比小于1.2。其次,本文設(shè)計了一種寬帶低副瓣縫隙平板陣列天線。天線分為四層結(jié)構(gòu)依次為:波導(dǎo)饋電網(wǎng)絡(luò),耦合縫隙,高次模諧振腔體,輻射縫隙。由于耦合縫隙及諧振腔的存在,天線的帶寬比傳統(tǒng)波導(dǎo)縫隙駐波陣有所提升。饋電網(wǎng)絡(luò)通過泰勒分布實現(xiàn)天線的低副瓣性能。通過仿真分析此天線回波損耗在-14 dB以下帶寬達到9.3%,副瓣低于-20 dB。之后,我們利用新型傳輸結(jié)構(gòu)脊間隙波導(dǎo)設(shè)計了寬帶低副瓣平板陣列天線。該天線與上述天線結(jié)構(gòu)相類似。由饋電網(wǎng)絡(luò),耦合縫隙,高次模諧振腔體,輻射縫隙構(gòu)成。饋電網(wǎng)絡(luò)依舊采用泰勒分布實現(xiàn)低副瓣。通過仿真分析此天線回波損耗在-14 dB以下帶寬達到19.14%,副瓣低于-20 dB�？梢钥闯霾捎眉归g隙波導(dǎo)結(jié)構(gòu),天線的工作帶寬有了明顯的提升。并且相對于波導(dǎo)平板陣列,利用脊間隙波導(dǎo)結(jié)構(gòu),天線的上下層金屬間不需要接觸,為半封閉結(jié)構(gòu),避免了波導(dǎo)連接處帶來的誤差。最后,我們設(shè)計了一種基于間隙波導(dǎo)半高銷釘結(jié)構(gòu)的新型透鏡天線。透鏡單元為上下布滿銷釘?shù)慕饘侔?且上下銷釘在周期排布方向平移二分之一單元周期。相比于超材料制作的透鏡,此結(jié)構(gòu)在超寬頻帶范圍內(nèi)有穩(wěn)定的電磁特性且沒有介質(zhì)損耗。仿真天線帶寬達到83.87%。此外,這種結(jié)構(gòu)成本低、易加工。通過調(diào)整銷釘高度,單元折射率變化范圍為1~1.4,滿足龍伯透鏡的折射率分布。為了驗證方案可行性,我們對此透鏡天線進行實物加工并進行測試,實測結(jié)果良好,驗證了此透鏡天線設(shè)計的可行性。
【圖文】：

第一章 緒論隙波導(dǎo)的發(fā)展現(xiàn)狀 P.-S. Kildal 在 2008 年提出的一種新結(jié)構(gòu)[21]，利用了 EBG 周期排布結(jié)構(gòu)中添加電磁波傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)，，這樣電磁波能夠設(shè)計好的路線進行傳播，例如，金屬脊、金屬槽或者微帶。電磁波在上下兩層金屬板之間的空氣層中傳播，避免了而引發(fā)學(xué)者們的深入研究。2009 年 P.-S. Kildal 把脊間隙, RGW)進行加工驗證了方案的可信性，如圖 1.1(a)，在有金夠有效地沿著脊傳播，向銷釘區(qū)域泄露的電磁波能量很少究制作了槽間隙波導(dǎo)(Groove Gap Waveguide, GGW)[23]，如 97GHz~118GHz。傳統(tǒng)波導(dǎo)因為其損耗低，工程中經(jīng)常使于波導(dǎo)加工精度要求較高，所以對間隙波導(dǎo)的研究有很大

(b)空腔濾波器[29](c)基于間隙波導(dǎo)的微帶濾波器[31]圖 1. 2 間隙波導(dǎo)微波器件應(yīng)用被應(yīng)用于天線領(lǐng)域。在 2013 年，Per-SimonKildal 設(shè)計并制作列[32]，如圖 1.3(a)；2016 年，Miguel Ferrando-Rocher 等人利計了縫隙天線陣列[33]，如圖 1.3(b)；2017 年，Milad Sharifi型 EBG 結(jié)構(gòu)設(shè)計了一種磁電偶極子天線陣列[34]，如圖 1.3(c)；Sorkherizi 用槽間隙波導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計了一款應(yīng)用于 Ka 頻段的雙工導(dǎo)將雙工器集成于饋電網(wǎng)絡(luò)中，如圖 1.3(d)；Ali.Farahbakhsh陣列上的研究也有著顯著的成果[35][37][38][39]，如圖 1.3(e)。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN821.5

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