【摘要】：漏波天線是一類行波天線,由連續(xù)或周期地加載輻射元的傳輸線構(gòu)成。漏波天線結(jié)構(gòu)緊湊、定向性高,且具有獨特的波束頻掃特性,因而在雷達等無線系統(tǒng)中有廣泛應用。隨著人們對無線系統(tǒng)的需求日漸增大,如何提高漏波天線性能、豐富其功能成為了天線領(lǐng)域的一個重要研究方向�，F(xiàn)有漏波天線受限于輻射元的電磁性能,在波束掃描范圍、阻帶、增益、副瓣電平以及方向圖等特性上存在著諸多固有缺陷。因此,本文以漏波天線輻射元的分析與構(gòu)造為切入點展開研究,提出以“利用電磁功能互補的結(jié)構(gòu)”為指導思想設(shè)計周期漏波天線,致力于解決現(xiàn)有漏波天線的固有缺陷,以期拓展漏波天線的應用領(lǐng)域,提高所在系統(tǒng)的整體性能。本文的研究主要包括如下四部分:首先,為了直觀地反映周期漏波天線的波束掃描特性以及阻帶的產(chǎn)生機理與出現(xiàn)位置,本文給出了傳統(tǒng)周期漏波天線的等效電路模型分析,為本文后續(xù)的研究奠定基礎(chǔ);并由等效電路模型分析給出了周期漏波天線中反射相消結(jié)構(gòu)的工作機理,使得該類天線的設(shè)計效率大幅提高。接下來,本文指出了周期漏波天線與有耗傳輸線的等效關(guān)系,并由此提出了可用于提高漏波天線設(shè)計效率的“黑箱法”,使得設(shè)計者無需求解天線結(jié)構(gòu)中具體部件的精確電磁功能,僅需依靠對單元外部阻抗參數(shù)的評定即可確定具有復雜結(jié)構(gòu)周期漏波天線尺寸參數(shù)優(yōu)化方向,為本文后續(xù)的研究工作提供了有力的天線尺寸參數(shù)獲取方法。其次,為了抑制周期漏波天線中常見的開阻帶效應,實現(xiàn)波束由后向到前向的連續(xù)掃描,本文提出了一種基于互補電抗加載的漏波天線設(shè)計方法。在該方法中,互補電抗的加載使得天線阻抗容易與饋電傳輸線匹配,從而使開阻帶得以抑制,由此,輻射波束也可實現(xiàn)半空間內(nèi)的連續(xù)掃描。該類漏波天線除具有簡單的結(jié)構(gòu)外,還有靈活的極化方式,既可實現(xiàn)線極化輻射,也可實現(xiàn)圓極化輻射。而為解決現(xiàn)有圓極化漏波天線圓極化波束掃描范圍難以拓展的問題,本文利用互補電抗加載所實現(xiàn)的正交極化輻射分量的獨立性給出了拓寬圓極化波束掃描范圍的方法,即:使圓極化波束中兩個正交極化輻射分量的方向圖具有一致的頻率響應。依此方法得到的漏波天線圓極化波束掃描范圍大于絕大多數(shù)同類天線。第三,本文指出了現(xiàn)有漏波天線廣泛存在增益隨頻率變化不穩(wěn)定問題的本質(zhì)原因,并為解決該問題提出了一種漏波天線設(shè)計方法。在該方法中,漏波天線的輻射元在具有互補電抗的基礎(chǔ)上還具有關(guān)于頻率的互補輻射特性。由此設(shè)計的漏波天線在整個工作頻帶內(nèi)除了能夠?qū)崿F(xiàn)波束的半空間連續(xù)掃描,還具有恒定的輻射效率與增益。此外,得益于其獨特的結(jié)構(gòu)拓撲,此種漏波天線的口徑分布優(yōu)化相較于傳統(tǒng)漏波天線更加直接便捷,我們由此設(shè)計了具有常用口徑場分布的多個漏波天線實例,實現(xiàn)了副瓣電平的精確控制。最后,前面的在前面研究內(nèi)容所鋪墊的基礎(chǔ)之上,本文指出,漏波天線功能的進一步提升有賴于更多設(shè)計自由度的引入。使輻射元同時具有互補的諧振結(jié)構(gòu)會得到相較于傳統(tǒng)輻射元而言更加靈活多變的特性,也會為漏波天線帶來更多的設(shè)計可能。為了探求這一未知領(lǐng)域,本文以磁電偶極子作為互補諧振結(jié)構(gòu)輻射元的實現(xiàn)載體設(shè)計了兩種漏波天線。其一是利用互補諧振所帶來的寬帶特性以及磁電偶極子的輻射特性實現(xiàn)了漏波天線工作頻帶內(nèi)穩(wěn)定的高輻射效率、高前后比以及高增益輻射;其二是利用互補諧振結(jié)構(gòu)在阻抗與相位隨頻率變化方面更多的設(shè)計自由度實現(xiàn)了漏波天線中反常的寬帶固定波束。而寬帶固定波束在漏波天線中的實現(xiàn)也意味著漏波天線在新一代無線寬帶通信系統(tǒng)中具有了應用的可能。本文的研究內(nèi)容以解決實際問題為出發(fā)點,在等效電路模型分析的指導下,給出了針對不同目標的周期漏波天線的設(shè)計方法,并采用理論計算與全波仿真相結(jié)合的方式設(shè)計出了相應的具有不同特性的漏波天線,并最終通過實驗來做出驗證。其中很多分析與設(shè)計方法,不囿于具體的傳輸線與輻射元類型,具有很好的普適性。本文逐步揭示并解決了漏波天線的諸多缺陷,也揭開了新一代漏波天線的研究序幕,使無線系統(tǒng)強化與升級的后盾更加堅實有力。
【圖文】：

圖 1-1 漏波天線示意圖Fig.1-1 Sketch of an LWA如圖 1-1 所示，漏波天線是一類行波天線，以主傳輸線（host transmissne, host TL）為主體結(jié)構(gòu)，通過連續(xù)或周期地加載輻射元（radiation element得饋入主傳輸線的電磁能量可以泄漏到自由空間，形成輻射[2]。通過控制

圖 1-2 漏波天線的典型應用[3, 5, 8]Fig.1-2 Typical practical applications of LWAs[3, 5, 8]- 2 -
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN820;O441

【參考文獻】

相關(guān)博士學位論文 前2條

1 李錚;行波結(jié)構(gòu)輻射機理及新型漏波天線研究[D];北京交通大學;2012年

2 姜君;用于移動載體衛(wèi)星通信的動中通系統(tǒng)若干關(guān)鍵問題研究[D];南京理工大學;2012年

，

本文編號：2665490