本文關鍵詞：寬帶微帶反射陣列天線研究　出處：《中國科學院國家空間科學中心》2017年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：反射陣列天線相比于傳統(tǒng)高增益天線,具有許多優(yōu)勢,成為了近些年來備受關注的研究熱點。這種天線一般由一個平面反射陣列和空間饋電天線(饋源)組成,容易實現(xiàn)低剖面、高增益和低成本,同時應用靈活,比如可方便實現(xiàn)波束賦形和多波束等。本文針對反射陣列天線中單元和陣列分析設計中的難點問題開展工作,提出了反射陣列天線的耦合效應分析方法,研究了抑制反射陣列天線中不同的相鄰單元之間耦合效應,在此基礎上對寬帶反射陣列天線以及雙頻帶反射陣列天線展開研究,實現(xiàn)了高寬帶的反射陣列天線和基于單層結構的線極化雙頻反射陣列天線。本文的主要工作和創(chuàng)新點包括以下幾個方面:1.反射陣列天線的基礎理論工作,包括基本特性和優(yōu)缺點分析、相位補償計算方法、口徑效率的影響因素分析以及單元分析仿真方法;研究了單元分析仿真的主流方法無限周期單元模型法,針對無限周期單元模型,研究了斜入射波對不同單元輻射特性的影響,最后分析了三種典型的反射單元的輻射特性。2.反射陣列天線中的耦合效應研究。研究了反射陣列天線耦合效應分析的難點并對比了現(xiàn)有的兩種研究耦合效應的方法。針對現(xiàn)有方法存在的缺點,提出了一種基于單元表面電場分布特性的周圍單元分析方法,該方法在所有單元全部激勵的情況下根據(jù)單元表面電場相位分布特性來衡量不同相鄰單元帶來的耦合效應變化,能更準確的分析相鄰單元之間的耦合效應,解決了現(xiàn)有方法只對中心單元激勵的不足。依據(jù)我們提出的分析方法建立了九單元仿真模型,并分析了不同類型單元受不同相鄰單元耦合影響的情況,為后續(xù)反射陣列天線的設計提供了指導。3.寬帶反射陣列天線研究。相位延遲線型反射單元能夠在單層結構的基礎上實現(xiàn)范圍大且線性度良好的相位曲線,同時有助于抑制不同相鄰單元的耦合效應。我們重點對相位延遲線型反射單元的反射陣列天線開展工作,提出了兩種新型相位延遲線寬帶反射單元來提高反射陣列天線的帶寬。第一種為雙開縫圓環(huán)相位延遲線型寬帶單元,該單元反射相位曲線比較平滑,并且不同頻率下的反射相位曲線平行度有了很大的提高,體現(xiàn)出了高寬帶的特性。經(jīng)過陣列設計及測試驗證,反射陣列天線的1dB增益帶寬與比現(xiàn)有方法相比提高到了20%。第二種為三開縫圓環(huán)相位延遲線型寬帶單元,在第一種單元的基礎上進行了優(yōu)化,反射相位曲線的平滑度有了顯著提高,曲線的斜率保持穩(wěn)定,并在不同頻率下的反射相位曲線平行度依然保持的很好。最終陣列測試結果表明,天線的1dB增益帶寬得到了進一步顯著提高,達到了31.5%。4.雙頻帶反射陣列天線研究。提出了一種基于單層結構的線極化雙頻帶反射陣列天線的設計方法:利用雙頻反射單元內部結構間的耦合,經(jīng)過參數(shù)掃描,使反射單元在兩個頻率處實現(xiàn)更大的相位變化范圍。依據(jù)這種設計方法,采用圓環(huán)-偶極子線極化雙頻單元進行雙頻反射陣列天線設計,實現(xiàn)了反射陣列天線在不同頻率處有不同的波束指向。針對圓環(huán)-偶極子雙頻單元覆蓋相位范圍不足的缺點,提出了圓環(huán)-交叉蝶形雙線極化雙頻單元,以此所設計的反射陣列天線在兩個頻率處的輻射性得到了進一步提高。
[Abstract]:Compared with the traditional high gain antenna, reflected array antenna has many advantages, and it has become a hot research focus in recent years. The antenna is generally composed of a planar reflector array and a space feed antenna (Kui Yuan). It is easy to achieve low profile, high gain and low cost, and is flexible in application, for example, it can easily realize beamforming and multi beam. Aiming at the difficult problems in the reflection array antenna element and array analysis in the design of the work method is proposed to analyze the coupling effect of reflective array antenna, the coupling effect between adjacent cell suppression antenna, based on broadband reflection array antenna and dual band antenna is studied and realized reflectarray antenna high broadband and polarization of the monolayer structure line based on dual frequency antenna. The main work and innovation points of this paper include the following aspects: the basic theory of 1. reflective array antenna, including impact analysis, basic characteristics and advantages and disadvantages of the phase compensation calculation method, the aperture efficiency factor analysis and element analysis method to study the mainstream simulation method; element analysis simulation of infinite periodic unit model for infinite period unit model, studied the effect of oblique incident wave radiation characteristics of different units, the radiation characteristics of three kinds of typical analysis of the reflection unit. The study of the coupling effect in 2. reflective array antennas. The difficulties in the analysis of the coupling effect of the reflector antenna array are studied and two existing methods to study the coupling effect are compared. Aiming at the shortcomings of the existing methods, a method was proposed to analyze the units around the surface electric field distribution characteristics of the unit based on the method in all unit excitation according to the phase distribution characteristics of the surface electric field unit to measure the coupling effect of different adjacent units brought changes to the coupling effect between adjacent elements analysis more accurate, solve the existing methods of the lack of incentive only center unit. Based on our analysis method, a nine element simulation model is established, and the coupling effects of different types of cells on different adjacent units are analyzed, which provides guidance for the design of subsequent reflector antenna. 3. research on wideband reflective array antenna. The phase delay linear reflection unit can achieve a large and good phase curve on the basis of single-layer structure, and at the same time, it helps to suppress the coupling effect of different neighboring units. We focus on the design of the reflector antenna with phase delay line reflection unit. Two new phase delay line broadband reflectors are proposed to improve the bandwidth of the reflector antenna. The first one is the double slit ring phase delay line type broadband unit. The reflector phase curve of the unit is smoother, and the parallelism of the reflection phase curve at different frequencies has been greatly improved, which reflects the characteristics of high broadband. After array design and test verification, the 1dB gain bandwidth of the reflected array antenna is up to 20% compared with the existing methods. Second for the three phase delay line broadband slotted ring unit was optimized based on the first unit on the reflection phase of the smoothness of the curve has been significantly improved, the slope of the curve remains stable, and the reflection phase curve under different frequency parallelism remains very good. The final array test results show that the 1dB gain bandwidth of the antenna has been further improved, reaching 31.5%. 4. dual band reflector antenna array antenna. A design method of linear polarized dual band reflector antenna based on single layer structure is proposed. The coupling between the internal structure of dual frequency reflector unit is used to scan the reflector to achieve a larger phase variation range at two frequencies. According to this design method, the dual frequency reflector array antenna is designed by using the circular dipole linear polarized dual frequency unit, and the different beam direction of the reflector antenna is achieved at different frequencies. Aiming at the shortcomings of the circular dipole dual frequency cell coverage phase range, a circular cross butterfly dual line dual frequency unit is proposed, and the radiation performance of the reflector antenna designed at two frequencies is further improved.
【學位授予單位】：中國科學院國家空間科學中心
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TN820

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本文編號：1343556