本文關(guān)鍵詞：毫米波平面反射陣與透鏡天線的研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：微波毫米波反射陣與透鏡天線在通信、雷達(dá)、射電天文、全息成像等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用,研究和開發(fā)具有高增益、高定向性、低剖面、平面集成的反射陣和透鏡天線有著重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。傳統(tǒng)反射面、透鏡等高增益天線及其饋源多采用三維立體的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn),因此如何實(shí)現(xiàn)高增益(如高于30dBi)天線和饋源的平面小型化設(shè)計(jì)成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。此外,作為獨(dú)立元件的饋源、反射陣、透鏡等的損耗對(duì)系統(tǒng)整體性能的影響較大,設(shè)計(jì)低損耗的獨(dú)立元件并實(shí)現(xiàn)獨(dú)立元件在天線系統(tǒng)的高效率集成是反射陣與透鏡天線研究的另一個(gè)挑戰(zhàn)性課題。本文利用基片集成波導(dǎo)(Substrate Integrated Waveguide, SIW)和基片集成同軸線(Substrate Integrated Coaxial Line, SICL)技術(shù)設(shè)計(jì)了一系列微波毫米波平面小型化饋源天線、轉(zhuǎn)接器和濾波器等,并采用饋源與反射陣/透鏡天線的協(xié)同設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了多種具有較高增益和效率的平面反射陣和透鏡天線。論文的主要工作如下：第一章研究了毫米波高性能平面小型化饋源的設(shè)計(jì)。提出并實(shí)現(xiàn)了2×2平衡饋電的SIW平面縫隙陣天線,有效地提高了阻抗帶寬、天線方向圖的對(duì)稱性和穩(wěn)定性。提出并實(shí)現(xiàn)了SIW背腔饋電的堆疊式貼片陣天線,其封閉性較好、天線單元互耦低且具有較寬的阻抗帶寬,非常適用于下一代無(wú)線通信大規(guī)模多輸入輸出(Massive MIMO)的應(yīng)用。提出并設(shè)計(jì)了THz硅基微機(jī)械加工(MEMS)的平面喇叭天線,采用亞波長(zhǎng)深度的寄生縫隙加載階梯型喇叭天線,提高了天線的增益和阻抗帶寬。以上饋源天線的設(shè)計(jì)均是根據(jù)集成反射陣和透鏡天線的整體性能所完成的。測(cè)試和仿真結(jié)果驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方法的正確性。本章部分內(nèi)容已經(jīng)在國(guó)際核心期刊LEEE Trans. on AP上發(fā)表。第二章研究了毫米波平面反射陣天線的集成化設(shè)計(jì)。文中詳細(xì)闡述了基于相移表面的平面反射陣的工作原理和設(shè)計(jì)基礎(chǔ),提出了反射陣量化相位誤差的分析方法,并研究了相位誤差對(duì)反射陣性能的影響。在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了幾種高增益的毫米波折合式反射陣天線。主要內(nèi)容有：利用定制的角錐喇叭作為饋源,實(shí)現(xiàn)了高增益、高效率的折合式反射陣天線；提出了與平面饋源一體化集成的折合式反射陣天線的概念,利用2×2的SIW平面縫隙陣取代喇叭作為饋源進(jìn)一步降低了折合式反射陣天線的厚度,并采用饋源與反射陣協(xié)同設(shè)計(jì)的方法有效地提高了天線整體的性能,實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方法的正確性；結(jié)合表面硅和體硅基MEMS工藝提出了一種反射陣與饋源一體化集成的THz折合式反射陣天線,仿真結(jié)果表明該天線具有良好的增益和波束特性,該方案解決了THz高增益天線的高精度平面集成的問題。本章部分內(nèi)容已經(jīng)在國(guó)際系列會(huì)議Int.Symp. Antennas Propag.(ISAP)上發(fā)表,并獲得了ISAP’2013最佳學(xué)生論文獎(jiǎng)。第三章研究了毫米波平面透鏡天線的集成化設(shè)計(jì)。文中詳細(xì)闡述了基于相移表面的平面透鏡的設(shè)計(jì)方法,引入了相位誤差的概念分析透鏡的掃描特性,提出了超薄透鏡具有更好的線性掃描特性的思想并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。在此基礎(chǔ)上,針對(duì)28GHz MIMO通信的應(yīng)用需求,利用金屬諧振型相移單元設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了薄的雙層平面透鏡,提出了透鏡加載的七單元陣列的平面集成結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了大角度、高增益的空間波束覆蓋,實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方法的正確性。針對(duì)45GHz長(zhǎng)距離點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無(wú)線通信的應(yīng)用需求,提出并設(shè)計(jì)了單層介質(zhì)過孔透鏡加載的喇叭天線,仿真結(jié)果表明該設(shè)計(jì)在不增加喇叭厚度的前提下,有效地改善了喇叭的增益和方向性。本章部分內(nèi)容投稿至IEEE Trans.on Ap。第四章研究了一種帶有極化扭轉(zhuǎn)功能的角反射陣。90°角反射器作為一種寬覆蓋范圍、高雷達(dá)散射截面(RCS)的方向回溯天線在雷達(dá)、衛(wèi)星、無(wú)線功率傳輸?shù)阮I(lǐng)域有著重要應(yīng)用。為了提高系統(tǒng)的極化隔離,需要實(shí)現(xiàn)一種帶有極化扭轉(zhuǎn)特性的角反射器,但極化扭轉(zhuǎn)特性并不天然的存在于任何金屬表面。為此,本文提出了一種極化柵-極化扭轉(zhuǎn)反射陣的結(jié)構(gòu)來完成方向回溯和極化扭轉(zhuǎn)的雙重功能,并在25.5GHz汽車?yán)走_(dá)的應(yīng)用頻段上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方法的正確性。本章內(nèi)容投稿至IEEE　Trans.on AP。第五章研究了基于基片集成同軸線(SICL)的高性能無(wú)源器件。文中分析了基于多層印刷電路板(PCB)工藝的SICL的場(chǎng)模式和傳播特性。分別在0-20GHz、30-50GHz、75-110GHz的頻段內(nèi)提出并設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了SICL與微帶、共面波導(dǎo)、金屬波導(dǎo)之間的轉(zhuǎn)接器。提出了一種基于SICL技術(shù)的半波長(zhǎng)諧振腔,利用組合SICL帶通、帶阻諧振腔的方法提出并實(shí)現(xiàn)了SICL單通帶、雙通帶和三通帶帶通濾波器。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明寬帶和緊縮尺寸是SICL器件的兩大突出優(yōu)點(diǎn)。SICL技術(shù)為高性能無(wú)源器件與有源器件的平面集成提供了一個(gè)新的解決方案。本章部分內(nèi)容已經(jīng)在Microw.Optical Techn.Lett.國(guó)際核心期刊和IEEE APMC'2014國(guó)際核心會(huì)議上發(fā)表。
【關(guān)鍵詞】：反射陣天線 透鏡天線 雷達(dá)回溯陣天線 基片集成波導(dǎo) 基片集成同軸線 轉(zhuǎn)接器 濾波器 功分器 毫米波 太赫茲 MEMS
【學(xué)位授予單位】：東南大學(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4-6
• Abstract6-11
• 緒論11-19
• §1 相關(guān)領(lǐng)域研究背景與現(xiàn)狀11-13
• §2 論文的研究目標(biāo)和主要內(nèi)容13-15
• 參考文獻(xiàn)15-19
• 第一章 毫米波平面小型化饋源天線19-43
• §1.1. 引言19
• §1.2. 平衡饋電基片集成波導(dǎo)縫隙陣列天線19-28
• §1.2.1. 縫隙輻射單元特性分析19-21
• §1.2.2. 天線子陣和饋電網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)21-24
• §1.2.3. 2×2基片集成波導(dǎo)縫隙陣天線的仿真與測(cè)試24-28
• §1.3. 基片集成波導(dǎo)背腔饋電的堆疊式貼片天線28-35
• §1.3.1. 研究背景28-29
• §1.3.2. 28GHz背腔饋電的堆疊式貼片天線的設(shè)計(jì)與分析29-32
• §1.3.3. 基片集成波導(dǎo)背腔饋電的堆疊式貼片天線的仿真與測(cè)試結(jié)果32-35
• §1.4. 基于硅基MEMS工藝的THz平面喇叭天線35-39
• §1.4.1. 研究背景35-36
• §1.4.2. 640GHz平面喇叭天線的仿真與設(shè)計(jì)36-39
• §1.5. 本章小結(jié)39-40
• 參考文獻(xiàn)40-43
• 第二章 毫米波平面反射陣天線43-69
• §2.1. 引言43-44
• §2.2. 反射陣天線的工作原理與設(shè)計(jì)基礎(chǔ)44-47
• §2.2.1. 平面反射陣設(shè)計(jì)的相位補(bǔ)償原理44-45
• §2.2.2. 折合式反射陣天線的工作原理45-46
• §2.2.3. 焦徑比(flD)對(duì)折合式反射陣增益效率的影響46-47
• §2.3. Q波段喇叭饋電的折合式反射陣天線47-52
• §2.3.1. 矩形貼片單元的相位分析48-50
• §2.3.2. 折合式反射陣天線的仿真與測(cè)試50-52
• §2.4. 與平面饋源一體化集成的折合式反射陣天線52-58
• §2.4.1. 與平面饋源一體化集成的折合式反射陣的結(jié)構(gòu)52-53
• §2.4.2. 饋源與反射陣的協(xié)同設(shè)計(jì)53-54
• §2.4.3. 與平面饋源一體化集成的折合式反射陣的仿真與測(cè)試54-58
• §2.5. 基于硅基MEMS工藝的THz折合式反射陣天線58-65
• §2.5.1. 與饋源一體化集成的THz反射陣結(jié)構(gòu)59-62
• §2.5.2. 硅基THz折合式反射陣的仿真結(jié)果62-65
• §2.6. 本章小結(jié)65-66
• 參考文獻(xiàn)66-69
• 第三章 毫米波平面透鏡天線69-97
• §3.1. 引言69-70
• §3.2. 平面透鏡天線的設(shè)計(jì)與特性分析70-76
• §3.2.1. 基于相位補(bǔ)償平面的透鏡工作原理70-72
• §3.2.2. 透鏡的波束掃描特性分析72-76
• §3.3. 雙層耶路撒冷十字平面透鏡加載的七單元空間波束形成天線76-89
• §3.3.1. 平面透鏡加載的七單元空間波束形成天線的工作原理76
• §3.3.2. 相移單元的特性分析76-80
• §3.3.3.28 GHz雙層平面波束掃描透鏡的設(shè)計(jì)與分析80-85
• §3.3.4. 透鏡加載的波束形成天線仿真與測(cè)試85-89
• §3.4. 毫米波喇叭透鏡天線89-93
• §3.4.1. 相位補(bǔ)償單元的選取89-91
• §3.4.2. 喇叭透鏡天線的設(shè)計(jì)與仿真91-93
• §3.5. 本章小結(jié)93-95
• 參考文獻(xiàn)95-97
• 第四章 毫米波角反射陣天線97-113
• §4.1. 引言97-98
• §4.2. 帶有極化扭轉(zhuǎn)特性的角反射陣天線98-105
• §4.2.1. 角反射器雷達(dá)散射截面(RCS)特性分析98-100
• §4.2.2. 帶有極化扭功能的角反射陣組成結(jié)構(gòu)100-103
• §4.2.3. 極化扭轉(zhuǎn)表面103-104
• §4.2.4. 極化柵104-105
• §4.3. 25.5GHz雷達(dá)回溯陣天線105-110
• §4.3.1. 25.5GHz角形回溯陣天線的設(shè)計(jì)與仿真105-107
• §4.3.2. 25.5GHz角形回溯陣天線的測(cè)試107-110
• §4.4. 本章小結(jié)110-111
• 參考文獻(xiàn)111-113
• 第五章 基于基片集成同軸線的無(wú)源元件設(shè)計(jì)113-135
• §5.1. 引言113
• §5.2. 基片集成同軸線特性分析113-116
• §5.3. 毫米波基片集成同軸線轉(zhuǎn)接116-123
• §5.3.1. 研究背景116-117
• §5.3.2. SICL與微帶線的轉(zhuǎn)接117-118
• §5.3.3. SICL與共面波導(dǎo)的轉(zhuǎn)接118-120
• §5.3.4. SICL與波導(dǎo)的轉(zhuǎn)接120-123
• §5.4. 微波基片集成同軸線帶通濾波器123-131
• §5.4.1. 研究背景123-124
• §5.4.2. 半波長(zhǎng)SICL諧振腔124-125
• §5.4.3. SICL單通帶濾波器的設(shè)計(jì)125-126
• §5.4.4. SICL雙通帶濾波器的設(shè)計(jì)126-127
• §5.4.5. SICL三通帶濾波器的設(shè)計(jì)127-128
• §5.4.6. SICL帶通濾波器的仿真與測(cè)試128-131
• §5.5. 本章小結(jié)131-132
• 參考文獻(xiàn)132-135
• 結(jié)論與展望135-137
• 作者簡(jiǎn)介137-139
• 致謝139

  本文關(guān)鍵詞：毫米波平面反射陣與透鏡天線的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：335300