本文關鍵詞：平面喇叭天線的研究與應用

  更多相關文章： 喇叭天線 基片集成波導 相位矯正 幅度矯正 口徑效率 對跖線性漸變槽線天線 水平極化 垂直極化 圓極化 平面饋電 陣列天線

【摘要】：喇叭天線是微波天線家族中最經(jīng)典、最簡單、最廣泛使用的天線之一。隨著現(xiàn)代微波毫米波電路與系統(tǒng)的不斷發(fā)展,要求其體積小型化、重量輕量化以及成本低廉化等,然而傳統(tǒng)三維金屬壁喇叭天線由于體積龐大、重量笨重以及不易集成等因素,限制了喇叭天線在現(xiàn)代微波毫米波電路與系統(tǒng)中的應用與發(fā)展。隨著二十一世紀初基片集成波導技術的提出和發(fā)展,喇叭天線得以以平面形式在普通印刷電路板上實現(xiàn),即基片集成喇叭天線,基片集成喇叭天線具有增益高、功率容量高、損耗小、體積小、重量輕、加工制作工藝簡單、成本低廉等優(yōu)點,而且可以與有源電路集成在一整塊電路板上,使得整個微波毫米波系統(tǒng)小型化、一體化。但是目前基片集成喇叭天線還存在一些問題亟需解決,如：天線口徑面上的相位分布不均勻,導致喇叭天線口徑效率低,增益低等;其次電薄基片的基片集成喇叭天線的匹配和輻射特性較差；另外現(xiàn)有的基片集成喇叭天線的極化方向只能產(chǎn)生垂直方向的極化波；再就是現(xiàn)有基片集成喇叭作為陣列天線的平面饋電結(jié)構(gòu),為了保證適當?shù)酿侂娤辔?需要在基片集成喇叭天線口徑外側(cè)使用額外結(jié)構(gòu)。針對上述問題,本論文的主要工作如下：1)提出了金屬化過孔陣列和間隙波導兩種結(jié)構(gòu)用于矯正基片集成喇叭天線口徑上的相位分布的不均勻,提高口徑效率和天線增益。金屬化過孔陣列相位矯正法是在基片集成喇叭天線內(nèi)部內(nèi)嵌多排金屬化過孔的陣列,借助基片集成波導中電磁波相位速度與基片集成波導的寬度的關系,通過改變金屬化過孔陣列的位置和長度,控制基片集成喇叭天線內(nèi)部的電磁波的傳輸速度,使得電磁波最終同相地到達喇叭的口徑面；間隙波導相位矯正法是利用不對稱間隙基片集成波導的相位特性,采用多個不對稱間隙,使所有電磁波同相到達喇叭的口徑面。這兩種相位矯正結(jié)構(gòu)不僅可以矯正天線口徑面上的相位分布,而且還可以控制天線口徑面上的幅度分布,這兩種相位幅度較正技術都可以提高增益2 dB到3 dB。這些技術的應用不僅可大大提高基片集成喇叭天線的效率、增益等性能指標,更重要的是這些相位幅度矯正結(jié)構(gòu)都是位于基片集成喇叭天線的內(nèi)部,不會額外增加基片集成喇叭天線的體積尺寸,可以保持其緊湊的結(jié)構(gòu)。2)提出了一種水平極化的薄基片集成喇叭天線。該天線是在喇叭口徑上加載一種小型化的對跖線性漸變槽線陣列(ALTSA),ALTSA能夠把喇叭天線的垂直極化轉(zhuǎn)變?yōu)樗綐O化,而且能夠改善薄基片基片集成喇叭天線的匹配。為了減少ALTSA的尺寸,在基片集成喇叭內(nèi)部嵌入了金屬化過孔陣列來引導饋電電流以合適的方向流向ALTSA陣元,可以使得ALTSA單元天線的縱向和橫向尺寸分別減小至0.19λ0和0.35λ0,而且還可以同時矯正基片集成喇叭口徑面上的相位和幅度分布的均勻性,提高基片集成喇叭的口徑效率和增益。設計了一款加載了小型化的1×8 ALTSA的薄基片集成喇叭天線；此外,在水平極化薄基片集成喇叭天線的基礎上,還設計了1×8LTSA加載的垂直極化薄基片集成喇叭天線和1×8十字型LTSA加載的圓極化薄基片集成喇叭天線,拓展了基片集成喇叭天線在多極化系統(tǒng)中的應用。3)基片集成喇叭饋電的平面天線陣列。應用基片集成波導內(nèi)部的相位和幅度的矯正結(jié)構(gòu),分別設計了三種基片集成喇叭饋電的1×8 ALTSA天線、1×8印刷對數(shù)周期偶極子陣列天線、1×8印刷準八木陣列天線,該基片集成喇叭形式的平面饋電結(jié)構(gòu)相比于經(jīng)典的1×8基片集成波導功分器饋電結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)更加緊湊、損耗低、口徑效率和口徑利用率高,以及陣元個數(shù)靈活等優(yōu)勢。上述工作在保持基片集成波導天線結(jié)構(gòu)緊湊特點的同時,不僅改善和提高了天線的性能,而且還拓展了基片集成波導天線的功能,使之具有多種極化的特性。這些工作豐富了基片集成波導天線的應用領域,所提出的相位幅度校正方法也可以用于其它應用場合。
【關鍵詞】：喇叭天線 基片集成波導 相位矯正 幅度矯正 口徑效率 對跖線性漸變槽線天線 水平極化 垂直極化 圓極化 平面饋電 陣列天線
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN823
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-31
• 1.1 研究背景11-13
• 1.2 主要研究內(nèi)容的發(fā)展和現(xiàn)狀13-20
• 1.2.1 基片集成喇叭天線口徑相位矯正與增益增強13-16
• 1.2.2 薄基片集成喇叭天線的輻射和極化特性16-18
• 1.2.3 基片集成喇叭天線的饋電應用18-20
• 1.3 論文研究內(nèi)容及意義20-21
• 1.4 論文組織結(jié)構(gòu)21-22
• 參考文獻22-31
• 第二章 平面喇叭天線相位矯正技術的研究31-73
• 2.1 引言31
• 2.2 金屬化過孔陣列的相位矯正技術31-46
• 2.2.1 原理分析32-34
• 2.2.2 天線設計34-35
• 2.2.3 仿真結(jié)果35-39
• 2.2.4 測試結(jié)果39-44
• 2.2.5 討論與結(jié)論44-46
• 2.3 間隙波導的相位矯正技術46-70
• 2.3.1 原理分析46-58
• 2.3.2 天線設計58-62
• 2.3.3 仿真結(jié)果62-65
• 2.3.4 測試結(jié)果65-69
• 2.3.5 討論與結(jié)論69-70
• 2.4 本章小結(jié)70-71
• 參考文獻71-73
• 第三章 水平極化平面喇叭天線的研究73-99
• 3.1 引言73
• 3.2 傳統(tǒng)薄基片集成喇叭天線73-74
• 3.3 對跖線性漸變槽線天線74-77
• 3.4 ALTSA加載的薄基片集成喇叭天線77-86
• 3.4.1 ALTSA的小型化77-83
• 3.4.2 弱輻射特性的分析83-86
• 3.5 改進的ALTSA加載薄基片集成喇叭天線86-95
• 3.5.1 金屬化過孔陣列的設計86-88
• 3.5.2 改進的基片集成喇叭的仿真結(jié)果88-91
• 3.5.3 改進的ALTSA加載的薄基片集成喇叭天線結(jié)果91-95
• 3.6 本章小結(jié)95-97
• 參考文獻97-99
• 第四章 平面喇叭天線的應用99-129
• 4.1 引言99
• 4.2 平面喇叭在多極化系統(tǒng)中的應用99-108
• 4.2.1 垂直極化的平面喇叭天線99-103
• 4.2.2 圓極化的平面喇叭天線103-108
• 4.3 平面喇叭在平面饋電中的應用108-125
• 4.3.1 在ALTSA天線中的應用108-116
• 4.3.2 在對數(shù)周期偶極子陣列天線中的應用116-121
• 4.3.3 在準八木陣列天線中的應用121-125
• 4.4 本章小結(jié)125-126
• 參考文獻126-129
• 第五章 總結(jié)與展望129-131
• 5.1 總結(jié)129-130
• 5.2 展望130-131
• 致謝131-133
• 攻讀學位期間取得的研究成果133-134

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本文編號：1063572