相控陣天線在多目標(biāo)跟蹤雷達(dá)、電子對(duì)抗、電子偵查等傳統(tǒng)軍事領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)展成熟并得到了廣泛的應(yīng)用,這類天線通常采用二維或者一維的T/R組件網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行波束合成與控制,結(jié)構(gòu)通常較為復(fù)雜,成本也相對(duì)高昂。近年來(lái),多波束陣列天線在通信基站、衛(wèi)星移動(dòng)通信、汽車防撞雷達(dá)、毫米波被動(dòng)成像、導(dǎo)彈制導(dǎo)、空間探測(cè)等應(yīng)用領(lǐng)域得到了快速應(yīng)用和發(fā)展,相比于相控陣的T/R組件,多波束形成網(wǎng)絡(luò)具有平衡性能、復(fù)雜度和成本的優(yōu)勢(shì),成為當(dāng)前電掃天線領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。在眾多的多波束形成網(wǎng)絡(luò)中,Rotman透鏡是最常用的一種平面波束形成網(wǎng)絡(luò),具有超寬的工作頻帶、波束指向隨頻率不變性、可同時(shí)產(chǎn)生若干波束、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單易集成等突出優(yōu)點(diǎn)。自1963年Rotman透鏡被提出以來(lái),經(jīng)過(guò)了半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展,已被廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、衛(wèi)星、無(wú)線通信等軍民領(lǐng)域�；赗otman透鏡已有的研究成果,本文進(jìn)一步豐富、挖掘和擴(kuò)展了Rotman透鏡的功能和應(yīng)用場(chǎng)景,特別是利用Rotman透鏡實(shí)現(xiàn)了高集成度的低副瓣多波束、單脈沖多波束、柱面共形多波束等功能,同時(shí)還針對(duì)Rotman透鏡的潛在的技術(shù)優(yōu)勢(shì)設(shè)計(jì)了可寬角掃描和雙頻雙極化工作的陣列天線。文中所涉及的饋電網(wǎng)絡(luò)和陣列天線主要采用印刷電路板技術(shù)加工而成,其導(dǎo)波結(jié)構(gòu)是采用的是微帶傳輸線和基片集成波導(dǎo),這兩種結(jié)構(gòu)具有重量輕、體積小、加工精度高、一致性好、集成度高、成本低等一系列優(yōu)點(diǎn),特別是兩者的合理搭配使用可克服彼此缺點(diǎn)、發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)、為饋電網(wǎng)絡(luò)和陣列天線的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供性能互補(bǔ)。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下:1.詳細(xì)介紹了Rotman透鏡傳統(tǒng)的準(zhǔn)光學(xué)分析方法,并基于此方法設(shè)計(jì)了一種微帶—基片集成波導(dǎo)混合結(jié)構(gòu)的Rotman透鏡,此類型透鏡可以更好地與基片集成波導(dǎo)縫隙天線集成,便于驗(yàn)證其多波束形成的性能。介紹了基片集成波導(dǎo)縫隙天線的設(shè)計(jì)理論和方法,作為本文主要的天線陣列形式,設(shè)計(jì)并加工了工作于X波段的天線陣列,并結(jié)合混合結(jié)構(gòu)形式的Rotman透鏡進(jìn)行了測(cè)試。提出了基片集成波導(dǎo)縫隙天線與混合結(jié)構(gòu)Rotman透鏡的兩種集成化解決方案:共基片單板結(jié)構(gòu)和雙層緊湊結(jié)構(gòu),并分析了其各自的利弊。2.提出了一種基于雙層基片集成波導(dǎo)的有耗幅度加權(quán)和相位補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò),利用此網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)了一種低副瓣多波束形成網(wǎng)絡(luò),結(jié)合基片集成波導(dǎo)縫隙陣列設(shè)計(jì)并加工了一款雙層緊湊型低副瓣多波束天線,通過(guò)對(duì)比仿真與測(cè)量的結(jié)果分析了其波束形成的性能。3.將四象限和差比較器、Rotman透鏡組和四子陣基片集成波導(dǎo)縫隙陣列結(jié)合,提出了一種單脈沖多波束天線的設(shè)計(jì)方案,此類型天線可以借助單脈沖技術(shù)提高在波束掃描方向上的角度測(cè)量和跟蹤精度,通過(guò)實(shí)物測(cè)量驗(yàn)證了方案的可行性及天線的良好的波束性能。4.為適應(yīng)圓柱面共形應(yīng)用,在平面Rotman透鏡的準(zhǔn)光學(xué)分析方法的基礎(chǔ)上重新推導(dǎo)了適用于柱面共形的設(shè)計(jì)方程,依照方程設(shè)計(jì)了柱面共形Rotman透鏡,并分析了其可彎曲的程度,討論了彎曲對(duì)幅相特性、工作帶寬造成的影響。結(jié)合柱面共形基片集成波導(dǎo)縫隙天線,設(shè)計(jì)加工了一款雙層緊湊型柱面共形多波束天線,并通過(guò)對(duì)比仿真和測(cè)量數(shù)據(jù)分析了其性能。5.為發(fā)揮Rotman透鏡可形成大角度掃描波束的潛力,提出了將在線性區(qū)間工作的超表面用于波導(dǎo)縫隙陣列天線寬角阻抗匹配的方法,通過(guò)仿真對(duì)比陣列天線在無(wú)阻抗匹配層、加載金屬隔離層、加載諧振區(qū)工作的超表面層和加載線性區(qū)工作的超表面層四種情形,驗(yàn)證了本文提出的線性區(qū)工作的超表面對(duì)改善波導(dǎo)縫隙陣列天線的寬角阻抗匹配的能力。6.針對(duì)移動(dòng)衛(wèi)星通信應(yīng)用需求,設(shè)計(jì)了一種雙頻雙極化微帶陣列天線,通過(guò)仿真分析了其交叉極化、隔離度關(guān)鍵等性能,并提出了一種應(yīng)用Rotman透鏡來(lái)進(jìn)行波束掃描大方案。
【學(xué)位單位】：國(guó)防科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TH74;TN820
【部分圖文】：

分類及發(fā)展斷發(fā)展和應(yīng)用需求的多樣化，具備波束多目標(biāo)跟蹤雷達(dá)、電子對(duì)抗與偵察、移于波束掃描天線在每個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展各有作為典型代表，介紹波束掃描天線的分類可分為兩大類：機(jī)械掃描和電控掃描；廓；按照載體可以分為車載、機(jī)載、艦線、透鏡天線和陣列天線等。掃描技術(shù)是通過(guò)旋轉(zhuǎn)固定波束天線的基座描的效果。早期衛(wèi)星通信、雷達(dá)、電子應(yīng)用得最為廣泛的機(jī)械掃描天線形式，制的船載衛(wèi)星通信天線[4]。拋物面天線易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，但由于此類天線重量動(dòng)天線基座也容易發(fā)生故障，因此主要輛上，在現(xiàn)階段一些場(chǎng)景中應(yīng)用受到很

國(guó)防科技大學(xué)研究生院博士學(xué)位論文相位和一維機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)混合控制，一般是通過(guò)相位方位面上通過(guò)機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行波束掃描。全相控位面均采用相位控制方式進(jìn)行波束掃描。在衛(wèi)星線主要集中在一維有源相控陣天線陣列的研究圖 1-2 所示，是 TTI 公司的一維相控陣天線產(chǎn)俯仰面實(shí)現(xiàn) 10-80 度電掃，信號(hào)收發(fā)采用兩分離星通信。

致經(jīng)過(guò)如圖 1-5 所示的發(fā)展過(guò)程。采用二維機(jī)掃的反射面天線在早期的掃描天線中最為常見(jiàn)，卡塞格倫天線作為經(jīng)典的雙反射面天線，輪廓一般比較大；為了降低反射面天線的輪廓，從此類經(jīng)典反射面天線中發(fā)展出了一類拋物柱面天線，其輪廓高度得到了極大降低；針對(duì)反射面天線存在饋源遮擋的問(wèn)題，發(fā)展出了將饋源置于口徑面后方的透鏡天線，有效解決了饋源遮擋問(wèn)題并改善了增益，同時(shí)還能通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)來(lái)降低透鏡天線的輪廓；為了更進(jìn)一步降低輪廓，出現(xiàn)了以平板陣列天線為主的二維機(jī)掃天線，這類天線通常由單個(gè)子陣或多個(gè)子陣組成。但為了提高掃描的速度，引入相控陣技術(shù)成了必然趨勢(shì)，特別是一維機(jī)掃與一維電掃結(jié)合的混合相控陣天線成為移動(dòng)衛(wèi)星通信天線兼顧成本與性能的最佳折中方案。
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本文編號(hào)：2839185