【摘要】：相控陣天線以其高增益、易于波束賦形、快速的波束掃描能力等優(yōu)勢(shì),廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、天文、通信等領(lǐng)域。然而,大部分有關(guān)相控陣天線的報(bào)道側(cè)重于研究其遠(yuǎn)場(chǎng)輻射特性。近年來,天線的近場(chǎng)(菲涅爾區(qū))特性得到了越來越多的關(guān)注。在某些特定的應(yīng)用場(chǎng)合,如RFID(射頻識(shí)別)系統(tǒng)、遙感與工業(yè)檢測(cè)、微波熱療、門禁系統(tǒng)、無線能量傳輸和微波成像,目標(biāo)位于天線的近場(chǎng)區(qū),故為了提高系統(tǒng)效率、減小干擾,需要將天線能量聚焦在近場(chǎng)區(qū)。在近場(chǎng)聚焦這個(gè)研究方向上,科研工作者報(bào)道了諸多不同的解決方案,如透鏡、反射面、調(diào)制阻抗表面、相控陣天線等。然而,大部分文獻(xiàn)實(shí)現(xiàn)的均為近場(chǎng)固定焦點(diǎn)聚焦,很少有關(guān)于焦點(diǎn)掃描的研究。本文的研究重點(diǎn)為近場(chǎng)聚焦的相控陣天線,做出的主要貢獻(xiàn)包含:1.相控聚焦陣的簡(jiǎn)化建模與理論分析。聚焦陣不同于遠(yuǎn)場(chǎng)波束掃描的陣列,其陣列口徑面的激勵(lì)相位分布不具備周期性,且不同天線單元到空間點(diǎn)的增益、極化上具有不同特性,因此在仿真中無法使用周期性邊界條件,需要大量時(shí)間進(jìn)行完整的陣列仿真。在建模與理論分析方面,本文結(jié)合幾何光學(xué)法與矢量分析計(jì)算相控聚焦陣在近場(chǎng)的場(chǎng)分布,大幅度提高了天線設(shè)計(jì)的效率。2.相控聚焦陣單元的研究與設(shè)計(jì)。(a)提出基于子陣的近場(chǎng)聚焦陣列天線�；谔炀�的多端口網(wǎng)絡(luò)電路等效模型設(shè)計(jì)子陣,每個(gè)子陣由一個(gè)有源單元和三個(gè)寄生單元構(gòu)成,增大了有源單元間距,并通過子陣方向圖抑制由此帶來的柵瓣。相比傳統(tǒng)聚焦陣,該方法子陣級(jí)并行饋電結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,便于布線設(shè)計(jì)和降低互耦;子陣內(nèi)部采取串饋結(jié)構(gòu),損耗低。(b)提出一種近場(chǎng)聚焦的開槽天線陣列。通過在適當(dāng)位置采樣并設(shè)置輻射槽,使每個(gè)槽輻射的能量同相到達(dá)設(shè)計(jì)的焦點(diǎn)處實(shí)現(xiàn)聚焦波束。該天線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,在保證近場(chǎng)聚焦性能的前提下,損耗更低、輻射效率更高,且具備在高度方向上的焦點(diǎn)頻率掃描能力。(c)雙極化微帶天線單元的研究。設(shè)計(jì)具有寬角、寬帶掃描能力的雙極化微帶天線單元,適用于寬帶雙極化近場(chǎng)聚焦陣列。在近場(chǎng),即使焦點(diǎn)固定,不同單元指向焦點(diǎn)的方向也不同,因此天線單元需要在寬角掃描時(shí)具有低有源駐波。3.聚焦波束的掃描研究。(a)首次提出具有二維焦點(diǎn)掃描能力的相控聚焦陣列。該相控陣結(jié)合了一個(gè)維度的頻率掃描和另一個(gè)維度的相控掃描,實(shí)現(xiàn)焦點(diǎn)在焦平面上的二維掃描。頻率掃描的引入大大減少了陣列控制部件的數(shù)量,從而降低成本。(b)提出一種焦距可調(diào)的聚焦陣列。該天線采取頻率掃描,不需要任何相位控制部件,在保證天線性能的前提下大大地節(jié)省了成本。4.相控聚焦陣的應(yīng)用研究。(a)相控聚焦陣在微波成像中的應(yīng)用。聚焦陣在近場(chǎng)具有低副瓣、窄波束的優(yōu)點(diǎn),用于近場(chǎng)成像系統(tǒng)中時(shí),可以提高成像質(zhì)量。另外通過頻率掃描和相控掃描的結(jié)合,可以節(jié)省大量波束合成部件或開關(guān)的數(shù)量,大幅度降低成本。(b)相控聚焦陣在無線能量傳輸中的應(yīng)用。通過合理設(shè)計(jì)發(fā)射相控陣的陣面激勵(lì)分布,使其到達(dá)接收天線的能量傳輸效率最大化。與已經(jīng)報(bào)道過的文獻(xiàn)不同之處在于,本工作探討了目標(biāo)位置移動(dòng)時(shí)如何實(shí)時(shí)相控,以及在特殊應(yīng)用場(chǎng)合,如遠(yuǎn)距離、固定目標(biāo)時(shí)的設(shè)計(jì)建議。(c)相控聚焦陣在近場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)中的應(yīng)用。制定方案,決定相控陣的規(guī)模、單元間距和輸入功率,達(dá)到近場(chǎng)某球面聚焦時(shí),波束寬度、電場(chǎng)強(qiáng)度、掃描范圍等要求。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN821.8

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 盧萍;微波輸能系統(tǒng)的電磁波能量聚焦及高性能整流天線研究[D];電子科技大學(xué);2018年

本文編號(hào)：2738089