毫米波太赫茲天線在氣象、天文和安檢等領(lǐng)域有著廣泛的應用前景。但是,在毫米波太赫茲波段,大口徑天線系統(tǒng)的測量,面臨著很大的挑戰(zhàn)。緊縮場系統(tǒng)能在較小的空間內(nèi)產(chǎn)生準平面波,是解決氣象、海洋、環(huán)境、深空探測器的天線測量的一種合理、有效的方法。本文提出了一種提高單反射鏡和三反射鏡緊縮場口徑利用率的方法,設(shè)計了高利用率反射鏡式緊縮場系統(tǒng)結(jié)構(gòu),并且通過仿真和實驗驗證了所提方法的正確性和有效性。本文主要研究工作如下:1、本文首先從本質(zhì)上研究了拋物面口徑場分布,提出了一種賦形饋源方向圖逆向補償拋物面口徑場分布的理論,并基于此理論設(shè)計了可實現(xiàn)的同軸腔喇叭饋源和光壁喇叭饋源,有效補償了拋物面口徑場分布,同時設(shè)置賦形方向圖截斷區(qū)域比較反射面衍射效應并優(yōu)化單反緊縮場反射面偏置結(jié)構(gòu),實現(xiàn)了單反緊縮場70%口徑內(nèi),靜區(qū)幅值抖動小于2 dB,驗證了所提理論、系統(tǒng)架構(gòu)、設(shè)計方法的正確性和有效性,為大口徑單反緊縮場的實施打下了基礎(chǔ)。2、由于一般實際搭建的大口徑偏置反射面的偏置角都在30°以上,而設(shè)計實現(xiàn)的賦形方向圖的波束寬度范圍只在±20°區(qū)間。本文針對這種情況,根據(jù)已搭建在倫敦大學瑪麗女王學院的3 m 口徑單反射鏡緊縮場,提出一種基于高偏置輻射平頂方向圖來近似高照射角度區(qū)間內(nèi)賦形方向圖特性的理論。基于此理論實現(xiàn)了一款平頂方向圖特性的同軸腔喇叭,搭建了饋電系統(tǒng),沿偏置角55°方向饋電3m反射面,并進行靜區(qū)實測。100 GHz時,在靜區(qū)口徑2 m即66%口徑利用率內(nèi)靜區(qū)的幅值抖動小于2 dB。這表明高利用率大口徑單反拋物面緊縮場可以通過此高偏置角平頂同軸腔喇叭照射方式實現(xiàn)。為了展寬單反緊縮場帶寬,基于高偏置照射理論,使用寬帶平頂方向圖特性光壁喇叭沿50°偏置角饋電,85 GHz～105 GHz時靜區(qū)2 m范圍內(nèi),即66%反射面口徑利用率,滿足幅值抖動小于2.5 dB。3、本文提出了一種基于拋物面主鏡的偏置三反射鏡系統(tǒng)的初始幾何布局條件,以得到高交叉極化隔離度的三反射鏡緊縮場系統(tǒng),無需在賦形過程中進行交叉極化控制。采用提出的初始幾何布局條件,設(shè)計了主鏡口徑分別為3 m和5 m的三反射鏡緊縮場系統(tǒng),在靜區(qū)范圍內(nèi),基本上主極化幅度抖動小于ldB,相位抖動小于10°,交叉極化隔離度大于40 dB,從而為大口徑高交叉極化隔離度三反射鏡緊縮場系統(tǒng)的實施打下了基礎(chǔ)。同時又在空域時域角域?qū)Υ罂趶椒瓷涿嫫唇臃绞阶隽搜芯?并分析單面板移動對靜區(qū)性能的影響,為實際搭建工作提供指導。4、由于饋源對三反射鏡緊縮場的漏射影響,本文對低旁瓣饋源進行了研究,利用tanh型輪廓改變激勵的HE12模式在口徑處的幅值,同時保證最小程度地激勵HE13和更高階模式可以實現(xiàn)低旁瓣。由此設(shè)計并實現(xiàn)了一款tanh/linear型雙輪廓的低旁瓣光壁喇叭,旁瓣實測等級小于-37 dB。同時又仿真設(shè)計出了一款tanh/linear型雙輪廓波紋喇叭,實現(xiàn)超低旁瓣仿真等級-50 dB,交叉極化仿真等級-64 dB。用于三反射鏡緊縮場系統(tǒng)中,減弱饋源直漏,提高靜區(qū)性能,且旁瓣越低,緊縮場靜區(qū)幅值抖動越小。為大口徑三反射鏡緊縮場提供高性能饋源。
【學位單位】：北京郵電大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：V443.4;TN820
【部分圖文】：

同時口徑較小。逡逑Ｉ逡逑圖１－２尼斯大學設(shè)計的透鏡加載饋源結(jié)構(gòu)［３１］逡逑全息緊縮場方面，當頻率超過１００邋ＧＨｚ時，傳統(tǒng)的反射面形式緊縮場變得日益困難。逡逑主要的問題是苛刻的反射面精度要求和昂貴的加工成本。這些問題可以被一種新型全息逡逑形式反射面解決，相應的一個平面全息結(jié)構(gòu)作為準直器將饋源喇叭發(fā)出的球面波轉(zhuǎn)換為逡逑平面波。全息緊縮場成本低，易加工，表面精度要求也較反射面低很多。全息緊縮場甚逡逑至可能在亞毫米波頻段實現(xiàn)高質(zhì)量和低成本測試場。１９９７年，Ｔａａｖｉ邋Ｈｉｒｖｏｎｅｎ等人利用逡逑一個口徑５５０ｍｍ的全息片搭建了全息緊縮場，１１０ＧＨｚ測試結(jié)果得出，靜區(qū)在口徑２００逡逑ｍｍ內(nèi)幅值抖動小于２ｄＢ，相位抖動小于１５°［３９］。２００１年，Ｊ．Ａｌａ－Ｌａｕｒｉｎａｈｏ等人利用２．４逡逑ｍ＞＜２．０ｍ的全息片搭建了全息緊縮場，１１９ＧＨｚ測試結(jié)果得出，靜區(qū)在口徑１．１邋ｍｍ內(nèi)大逡逑部分幅值抖動小于１．５邋ｄＢ

３００邐Ｉ逡逑圖１－１賦形的透鏡結(jié)構(gòu)和鋸齒形邊緣［Ｍ】逡逑２０１０年，Ｍ．Ｍｕｌｔａｒｉ等人研制了一個新型透鏡緊縮場，７７ＧＨｚ時，靜區(qū)口徑１７０＿逡逑（６８％透鏡口徑）內(nèi)，幅值抖動ｌｄＢ，相位抖動８°［３１］。但目前其工作頻段還相對較低，逡逑同時口徑較小。逡逑Ｉ逡逑圖１－２尼斯大學設(shè)計的透鏡加載饋源結(jié)構(gòu)［３１］逡逑全息緊縮場方面，當頻率超過１００邋ＧＨｚ時，傳統(tǒng)的反射面形式緊縮場變得日益困難。逡逑主要的問題是苛刻的反射面精度要求和昂貴的加工成本。這些問題可以被一種新型全息逡逑形式反射面解決，相應的一個平面全息結(jié)構(gòu)作為準直器將饋源喇叭發(fā)出的球面波轉(zhuǎn)換為逡逑平面波。全息緊縮場成本低，易加工，表面精度要求也較反射面低很多。全息緊縮場甚逡逑至可能在亞毫米波頻段實現(xiàn)高質(zhì)量和低成本測試場。１９９７年，Ｔａａｖｉ邋Ｈｉｒｖｏｎｅｎ等人利用逡逑一個口徑５５０ｍｍ的全息片搭建了全息緊縮場，１１０ＧＨｚ測試結(jié)果得出，靜區(qū)在口徑２００逡逑ｍｍ內(nèi)幅值抖動小于２ｄＢ

３００邐Ｉ逡逑圖１－１賦形的透鏡結(jié)構(gòu)和鋸齒形邊緣［Ｍ】逡逑２０１０年，Ｍ．Ｍｕｌｔａｒｉ等人研制了一個新型透鏡緊縮場，７７ＧＨｚ時，靜區(qū)口徑１７０＿逡逑（６８％透鏡口徑）內(nèi)，幅值抖動ｌｄＢ，相位抖動８°［３１］。但目前其工作頻段還相對較低，逡逑同時口徑較小。逡逑Ｉ逡逑圖１－２尼斯大學設(shè)計的透鏡加載饋源結(jié)構(gòu)［３１］逡逑全息緊縮場方面，當頻率超過１００邋ＧＨｚ時，傳統(tǒng)的反射面形式緊縮場變得日益困難。逡逑主要的問題是苛刻的反射面精度要求和昂貴的加工成本。這些問題可以被一種新型全息逡逑形式反射面解決，相應的一個平面全息結(jié)構(gòu)作為準直器將饋源喇叭發(fā)出的球面波轉(zhuǎn)換為逡逑平面波。全息緊縮場成本低，易加工，表面精度要求也較反射面低很多。全息緊縮場甚逡逑至可能在亞毫米波頻段實現(xiàn)高質(zhì)量和低成本測試場。１９９７年，Ｔａａｖｉ邋Ｈｉｒｖｏｎｅｎ等人利用逡逑一個口徑５５０ｍｍ的全息片搭建了全息緊縮場，１１０ＧＨｚ測試結(jié)果得出，靜區(qū)在口徑２００逡逑ｍｍ內(nèi)幅值抖動小于２ｄＢ

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 邢笑月;黃文華;劉小龍;汪海波;;大口徑天線微波短脈沖輻射特性的數(shù)值分析[J];現(xiàn)代應用物理;2016年01期

2 王志雄;方重華;劉振吉;;圓口徑天線遠場分析[J];裝備環(huán)境工程;2009年02期

3 胡漢南;;串饋口徑天線的瞬態(tài)特性[J];交通部上海船舶運輸科學研究所學報;1988年01期

4 曹錦;小口徑天線衛(wèi)星通信技術(shù)[J];江蘇電機工程;2002年03期

5 張驛;梁宇宏;張云;溫劍;何海丹;;大垂直口徑天線俯仰波束賦形設(shè)計[J];電訊技術(shù);2013年05期

6 蘇泉;李和平;徐景利;;小口徑天線接收中星6B衛(wèi)星電視信號的功率儲備評估[J];數(shù)字通信世界;2010年06期

7 張巨勇;施滸立;陳志平;張洪波;;大口徑天線電性能風振響應的時域分析[J];應用力學學報;2008年01期

8 蘇力;施家添;;圓口徑天線的近場分析[J];云南大學學報(自然科學版);2005年S2期

9 何國瑜,方暉,江賢祚,戴忠寧;口徑天線繞射場的研究[J];航空學報;1996年04期

10 胡漢南;口徑天線在任意口徑分布時的沖激響應[J];電子科學學刊;1985年05期

相關(guān)會議論文 前10條

1 賀忠偉;鄭會利;毛小蓮;;小型化寬頻帶共口徑天線研究[A];2009年全國天線年會論文集（上）[C];2009年

2 胡海峰;;小口徑天線主反射面除冰雪裝置[A];中國電子學會電子機械工程分會2007年機械電子學學術(shù)會議論文集[C];2007年

3 馮濤;肖勇;馬小飛;冀有志;雷艷妮;;星載環(huán)形天線結(jié)構(gòu)及其應用綜述[A];2014年可展開空間結(jié)構(gòu)學術(shù)會議摘要集[C];2014年

4 ;50米口徑天線232/611MHz雙頻饋源的研制——中國電子科技集團公司第五十四研究所天伺饋系統(tǒng)QC小組[A];2004年度電子工業(yè)優(yōu)秀質(zhì)量管理小組成果質(zhì)量信得過班組經(jīng)驗專集[C];2004年

5 向軍;;移動衛(wèi)通網(wǎng)絡及應用[A];2012年中國衛(wèi)星應用大會會議文集[C];2012年

6 舒逢春;張秀忠;陳中;;長基線全頻譜信號合成實驗的初步結(jié)果[A];2009年全國微波毫米波會議論文集（下冊）[C];2009年

7 蔡洋;錢祖平;李濤;;一種具有波束掃描特性的基片集成波導口徑天線[A];2017年全國天線年會論文集（下冊）[C];2017年

8 李斌;趙交成;;基于零折射復合材料覆層天線技術(shù)研究[A];2009年全國天線年會論文集（上）[C];2009年

9 ;段寶巖[A];第十五屆中國科協(xié)年會——500米口徑球面射電望遠鏡與地方發(fā)展論壇文集[C];2013年

10 段平平;阮強;郭伊蒙;朱振鵬;孫文博;袁超;;關(guān)于小口徑天線在船載VSAT網(wǎng)絡中使用的探討[A];第十三屆衛(wèi)星通信學術(shù)年會論文集[C];2017年

相關(guān)重要報紙文章 前8條

1 山西 冀海峰;166°E泛美八號衛(wèi)星小口徑天線收視報告[N];電子報;2008年

2 景希朝邋記者 張輝;亞洲最大的50米口徑天線盯住“嫦娥”[N];河北日報;2007年

3 貴州 黃學文;根據(jù)衛(wèi)星場強圖選配適當口徑天線[N];電子報;2002年

4 河南 余紅建;衛(wèi)視接收經(jīng)驗幾則[N];電子報;2007年

5 姜靖;生出一雙地球新耳朵聽太陽[N];科技日報;2008年

6 郭東明邋本報記者 鄭建衛(wèi);千萬里,我追尋著你[N];河北日報;2007年

7 本報記者 劉霞;“走丟”的衛(wèi)星渴望回家[N];科技日報;2018年

8 記者 張強　通訊員 林利栓 李筱梅;嫦娥二號測控系統(tǒng)實現(xiàn)四大技術(shù)突破[N];科技日報;2010年

相關(guān)博士學位論文 前3條

1 王君波;高利用率大口徑反射鏡緊縮場天線測量系統(tǒng)的研究與設(shè)計[D];北京郵電大學;2019年

2 李巖;復雜載體共形天線陣的分析與綜合[D];電子科技大學;2014年

3 齊世山;錐狀波束天線的研究[D];南京理工大學;2012年

相關(guān)碩士學位論文 前10條

1 宋航;共口徑天線的研究與設(shè)計[D];電子科技大學;2016年

2 嚴波;新型共口徑天線研究[D];西安電子科技大學;2014年

3 羅p

本文編號：2809552