本文關(guān)鍵詞：寬帶毫米波空心波束天線的研究

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【摘要】：空心波束天線的方向圖在方位角上是全向性的,能夠?qū)崿F(xiàn)較大的波束覆蓋范圍,所以在導(dǎo)航追蹤、引信系統(tǒng)、車載衛(wèi)星通信中得到了廣泛的應(yīng)用。但是毫米波段的空心波束天線一般阻抗帶寬較窄,不能滿足項目的要求。本文針對Ka波段的空心波束天線阻抗比較窄的問題,研究了拓寬帶寬的方法。設(shè)計了兩款中心頻率在35GHz的寬帶空心波束天線：一種是具有寬頻帶、高效率、高增益的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)空心波束天線；一種是具有寬頻帶、低剖面、高增益的微帶陣列空心波束天線。具體內(nèi)容如下：首先,研究了空心波束天線形成原理和帶寬拓寬的方法,導(dǎo)出了在理想情況下均勻口徑分布的空心波束天線的最大方向性公式。其次,設(shè)計了一款新型的Ka波段的寬帶波導(dǎo)空心波束天線。首次提出在天線輻射圓波導(dǎo)上添加四個三角脊結(jié)構(gòu),實現(xiàn)了同軸波導(dǎo)到開路圓波導(dǎo)的過渡,相比于傳統(tǒng)的不加脊結(jié)構(gòu)天線,加脊結(jié)構(gòu)的天線帶寬拓寬了5倍多。仿真結(jié)果表明：天線波束傾角為30°,駐波比帶寬VSWR1.5為16%,在中心頻率35GHz上的增益為10dBi,相對口徑效率為87%,天線-3dB波束寬度為27°,副瓣電平小于-10dB。并且完成實物制作,測試結(jié)果與仿真結(jié)果基本吻合,驗證了設(shè)計方法的正確性。最后,研究了微帶空心波束形成的機理,設(shè)計了一款Ka波段微帶陣列的空心波束天線。分析了圓貼片單元的輻射特性和展寬頻帶寬度的方法,研究了單元結(jié)構(gòu)、間距、H形縫隙對天線性能的影響。仿真表明：天線波束傾角為30°,S11-10dB的阻抗帶寬為17%,在工作頻率點35GHz上增益為9dBi,并且在整個Ka波段增益均大于8dBi,天線-3dB波束寬度為32°,副瓣電平小于-10dB。本文設(shè)計的兩款毫米波空心波束天線,帶寬較寬,增益較高,具有很好的工程應(yīng)用價值。
【關(guān)鍵詞】：毫米波 空心波束天線 增益 帶寬 口徑效率
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN820
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 緒論8-14
• 1.1 本文的研究背景8-9
• 1.2 空心波束天線研究現(xiàn)狀9-12
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容12-14
• 2 空心波束天線的基本原理14-26
• 2.1 天線的基礎(chǔ)知識14-17
• 2.1.1 天線的方向性函數(shù)與方向圖14-15
• 2.1.2 天線的方向性系數(shù)與增益15-16
• 2.1.3 天線阻抗與駐波比16-17
• 2.1.4 天線帶寬17
• 2.2 空心波束天線設(shè)計原理17-19
• 2.2.1 空心波束天線形成原理17-18
• 2.2.2 空心波束天線設(shè)計方法18-19
• 2.3 空心波束天線最大方向性推導(dǎo)19-26
• 2.3.1 同幅同相面源計算19-22
• 2.3.2 同幅不同相的面源22-23
• 2.3.3 場徑向?qū)ΨQ的圓口徑輻射場23-26
• 3 Ka波段寬帶波導(dǎo)空心波束天線設(shè)計26-54
• 3.1 波導(dǎo)理論26-34
• 3.1.1 矩形波導(dǎo)理論26-29
• 3.1.2 同軸波導(dǎo)29-30
• 3.1.3 圓波導(dǎo)理論30-34
• 3.2 脊波導(dǎo)理論34-36
• 3.2.1 脊波導(dǎo)的主模的截止波長35-36
• 3.2.2 脊波導(dǎo)的主模的特性阻抗36
• 3.2.3 脊波導(dǎo)的主模工作帶寬36
• 3.3 寬帶空心波束天線的設(shè)計36-50
• 3.3.1 寬帶空心波束天線圓波導(dǎo)模式的選擇37-39
• 3.3.2 波導(dǎo)饋電部分的設(shè)計39-44
• 3.3.3 波導(dǎo)空心波束天線總體分析44-50
• 3.4 空心波束天線加工實物與測試50-53
• 3.4.1 天線實物50-51
• 3.4.2 天線的駐波比系數(shù)測試51-52
• 3.4.3 天線的方向圖測試52-53
• 3.5 本章小結(jié)53-54
• 4 寬帶微帶陣列空心波束天線的設(shè)計54-74
• 4.1 微帶天線的工作原理54-55
• 4.2 微帶天線寬帶技術(shù)55-57
• 4.3 圓貼片微帶特性57-59
• 4.3.1 圓貼片的輻射特性57-58
• 4.3.2 圓貼片諧振頻率58-59
• 4.4 微帶陣列空心波束天線的設(shè)計59-72
• 4.4.1 陣列形成空心波束的原理59-60
• 4.4.2 陣列單元結(jié)構(gòu)分析60-64
• 4.4.3 陣列單元間距分析64-66
• 4.4.4 饋電網(wǎng)絡(luò)的分析與設(shè)計66-68
• 4.4.5 波導(dǎo)微帶轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)68-69
• 4.4.6 天線的整體設(shè)計69-72
• 4.5 兩種天線相對口徑效率與性能的對比72-73
• 4.5.1 天線相對口徑效率的對比72-73
• 4.5.2 兩種天線性能的對比73
• 4.6 本章小結(jié)73-74
• 5 結(jié)束語74-75
• 致謝75-76
• 參考文獻76-79
• 附錄79

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本文編號：611592