本文關(guān)鍵詞：寬帶寬波束圓極化天線的小型化理論與設(shè)計(jì)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：人類進(jìn)行通信的目的是傳輸和交換信息，現(xiàn)代無(wú)線通信技術(shù)的快速發(fā)展，使人們之間的通信幾乎擺脫了距離和時(shí)間的限制。天線是無(wú)線通信系統(tǒng)中不可或缺的基本部件，是輻射和接收電磁波的轉(zhuǎn)換裝置。為了適應(yīng)現(xiàn)代無(wú)線通信系統(tǒng)小型化的發(fā)展需求，天線的小型化設(shè)計(jì)也顯得尤為重要和迫切。 針對(duì)于此，本文在盡量保持天線良好電性能的前提下，致力于諧振類天線的小型化理論與設(shè)計(jì)研究，重點(diǎn)研究具有寬帶、寬波束、圓極化特征的天線小型化設(shè)計(jì)理論與方法，主要研究?jī)?nèi)容和研究成果概括如下： 首先，結(jié)合現(xiàn)有的天線小型化技術(shù)，提出了一種新型的寬帶圓極化微帶天線結(jié)構(gòu)。應(yīng)用高介電常數(shù)的介質(zhì)基板減小天線尺寸，同時(shí)利用一種新穎的雙饋電結(jié)構(gòu)展寬了天線的工作頻帶，完成了寬帶圓極化U形縫隙微帶天線的小型化設(shè)計(jì)。該天線具有0.33λ0×0.33λ0×0.068λ0的較小尺寸，且在20%以上的有效工作帶寬內(nèi)具有穩(wěn)定的輻射特性。針對(duì)該天線結(jié)構(gòu)，提出了一套完整且具有相當(dāng)精度的分析與設(shè)計(jì)公式，便于快速而準(zhǔn)確地預(yù)估天線結(jié)構(gòu)參數(shù)。其次，將折疊導(dǎo)體腔結(jié)構(gòu)加載到寬帶圓極化U形縫隙微帶天線中，進(jìn)一步有效地減小了天線結(jié)構(gòu)尺寸、展寬了輻射波束。然后，通過(guò)對(duì)折疊導(dǎo)體腔結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，簡(jiǎn)化了導(dǎo)體腔加載天線結(jié)構(gòu)的制作工藝、降低了成本，并且改善了天線的輻射性能。利用這種改進(jìn)的導(dǎo)體腔結(jié)構(gòu)，提出了一種新型的寬波束圓極化天線結(jié)構(gòu)，該天線具有可覆蓋幾乎整個(gè)上半空間的3dB軸比波束寬度。 其次，針對(duì)在具有強(qiáng)約束條件應(yīng)用平臺(tái)上的天線設(shè)計(jì)問(wèn)題，作者根據(jù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)了一套天線—平臺(tái)一體化建模設(shè)計(jì)的基本流程，利用該流程分別在S波段和C波段成功地設(shè)計(jì)了滿足嚴(yán)苛指標(biāo)要求的彈載天線結(jié)構(gòu)。在S波段提出了一種單饋寬波束圓極化背腔式縫隙天線結(jié)構(gòu)，采用交叉縫隙結(jié)構(gòu)展寬天線的輻射波束、利用折疊縫隙減小天線的尺寸、優(yōu)化同軸饋電位置改善輸入端口的阻抗匹配和天線的圓極化輻射性能。將兩個(gè)相同的天線結(jié)構(gòu)對(duì)稱地安裝于彈體上，在不違背二元陣列工作原理和特性的前提下，使得該二元陣列具有近似全向輻射特性。在C波段，提出了一種端射寬波束圓極化微帶八木天線結(jié)構(gòu)，端射方向上此天線在較寬的頻帶內(nèi)具有足夠大的增益，并且同時(shí)在俯仰面和水平面均具有80o左右的圓極化輻射波束寬度。 最后，為了打破常規(guī)天線結(jié)構(gòu)小型化設(shè)計(jì)的瓶頸，本文對(duì)基于超表面結(jié)構(gòu)（Metasurface）的天線小型化技術(shù)進(jìn)行了較為深入的理論研究和設(shè)計(jì)方法探討。首先將部分反射面（Partially Reflective Surfaces，PRS）結(jié)構(gòu)和疊層圓極化微帶天線結(jié)合，利用PRS改善了天線的方向性、提高了天線增益，提出了一種具有較寬工作頻帶的高增益圓極化天線結(jié)構(gòu)。該高增益天線結(jié)構(gòu)與相應(yīng)的陣列天線相比，具有更小的橫向尺寸，這對(duì)于有效地減少大型天線陣列中天線單元數(shù)、降低工程成本具有一定的意義。另一方面，研究了基于電抗性阻抗表面（Reactive Impedance Surfaces，RIS）結(jié)構(gòu)的圓極化天線小型化理論與技術(shù)。首次利用RIS結(jié)構(gòu)表面電抗的容性區(qū)域降低了天線工作頻率，與其他學(xué)者僅利用RIS感性區(qū)域的方式相比，，此技術(shù)具有更大的小型化潛力。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步結(jié)合了兩種小型化技術(shù)：將改進(jìn)型折疊導(dǎo)體腔和RIS結(jié)構(gòu)同時(shí)應(yīng)用于圓極化微帶天線結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，有效地降低了天線尺寸，成功地實(shí)現(xiàn)了橫向尺寸僅為1/5波長(zhǎng)的小型圓極化微帶天線設(shè)計(jì)。
【關(guān)鍵詞】：圓極化天線 小型化天線 寬帶天線 寬波束天線 超表面天線
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN820
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 目錄9-12
• 第1章 緒論12-24
• 1.1 研究背景和意義12-13
• 1.2 研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)13-19
• 1.2.1 天線小型化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀15-16
• 1.2.2 天線波束展寬技術(shù)研究現(xiàn)狀16-18
• 1.2.3 天線頻帶展寬技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀18-19
• 1.2.4 天線圓極化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀19
• 1.3 小型化天線分析和設(shè)計(jì)方法19-22
• 1.3.1 小型化天線分析方法20-21
• 1.3.2 小型化天線設(shè)計(jì)方法21-22
• 1.4 論文主要內(nèi)容22-23
• 1.5 論文主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)23-24
• 第2章 圓極化天線的小型化理論與設(shè)計(jì)研究24-54
• 2.1 引言24
• 2.2 小型化寬帶圓極化天線24-40
• 2.2.1 天線結(jié)構(gòu)及工作原理25-30
• 2.2.2 天線參數(shù)分析30-32
• 2.2.3 天線結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)32-37
• 2.2.4 天線加工測(cè)試37-40
• 2.2.5 小型化寬帶圓極化天線小結(jié)40
• 2.3 小型化寬帶寬波束圓極化天線40-47
• 2.3.1 天線結(jié)構(gòu)40-42
• 2.3.2 參數(shù)分析42-44
• 2.3.3 天線加工測(cè)試44-46
• 2.3.4 小型化寬帶寬波束圓極化天線小結(jié)46-47
• 2.4 小型化對(duì)稱寬波束圓極化天線47-53
• 2.4.1 天線結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)47-49
• 2.4.2 參數(shù)分析49-51
• 2.4.3 天線加工測(cè)試51-53
• 2.4.4 小型化寬波束圓極化天線小結(jié)53
• 2.5 本章小結(jié)53-54
• 第3章 基于應(yīng)用平臺(tái)的寬波束圓極化天線研究54-93
• 3.1 引言54
• 3.2 基于應(yīng)用平臺(tái)的天線一體化設(shè)計(jì)54-55
• 3.3 S 波段全向天線設(shè)計(jì)55-71
• 3.3.1 天線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)56-58
• 3.3.2 天線單元工作特性58-60
• 3.3.3 天線在彈體上的工作特性60-65
• 3.3.4 相似陣元的二元陣輻射方向圖理論驗(yàn)證65-71
• 3.3.5 S 波段一體化全向天線小結(jié)71
• 3.4 C 波段端射寬波束圓極化天線一體化設(shè)計(jì)71-92
• 3.4.1 新型寬波束圓極化微帶八木天線結(jié)構(gòu)及工作原理73-75
• 3.4.2 新型寬波束圓極化微帶八木天線單元工作特性75-84
• 3.4.3 端射寬波束圓極化天線一體化設(shè)計(jì)84-88
• 3.4.4 端射寬波束圓極化天線實(shí)測(cè)驗(yàn)證88-91
• 3.4.5 端射寬波束圓極化天線小結(jié)91-92
• 3.5 本章小結(jié)92-93
• 第4章 基于 PRS 結(jié)構(gòu)的高增益圓極化天線研究93-107
• 4.1 引言93
• 4.2 PRS 高增益天線的工作原理93-97
• 4.3 PRS 高增益圓極化天線97-106
• 4.3.1 1B4T 圓極化天線單元97-101
• 4.3.2 PRS 圓極化天線101-103
• 4.3.3 四單元平面陣列103-106
• 4.4 本章小結(jié)106-107
• 第5章 基于 RIS 結(jié)構(gòu)的小型圓極化天線研究107-137
• 5.1 引言107-108
• 5.2 RIS 小型化天線的工作原理108-115
• 5.3 RIS 小型圓極化天線115-135
• 5.3.1 NCPMA 天線115-117
• 5.3.2 RIS-NCPMA 天線117-126
• 5.3.3 RIS-SFC-CPMA 天線126-135
• 5.4 本章小結(jié)135-137
• 第6章 結(jié)束語(yǔ)137-140
• 6.1 論文總結(jié)137-138
• 6.2 后續(xù)工作及展望138-140
• 參考文獻(xiàn)140-153
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單153-155
• 致謝155-156
• 作者簡(jiǎn)介156

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：寬帶寬波束圓極化天線的小型化理論與設(shè)計(jì)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：261274