论文部分内容阅读
毫米波单脉冲天馈系统具有增益高、带宽大、分辨率高、旁瓣低、尺寸小以及能够准全天候工作等-系列的优点,是毫米波精确制导、跟踪、定位等系统的关键组成部分。微波波段,低剖面高效率单脉冲天馈系统多采用矩形波导缝隙阵列天线实现。但是,在毫米波波段,矩形波导物理尺寸的减小以及矩形波导侧壁的存在,对缝隙的尺寸以及缝隙在波导表面的位置等都有严格的精度要求,加工制作这种天线存在很大困难。因此,研究并实现低剖面结构高性能低成本的毫米波单脉冲天馈系统无疑具有重要的理论和现实意义。
径向波导缝隙阵列天线是一种低剖面平板天线,辐射效率高,具有矩形波导缝隙阵列天线的优点。径向波导缝隙阵列天线可以用印制工艺加工,生产成本低,便于大规模生产。
本课题针对实现毫米波段高性能低成本单脉冲天馈系统这一研究需求,深入地研究了径向波导缝隙阵列天线与馈电网络的集成化设计,完成W波段和Ka波段单脉冲大馈中重要部件的设计,实现单脉冲天馈的集成化,使其在保证加工精度的同时减小体积,以便在体积受限的系统中使用。本文主要工作包括以下几个部分：
1、提出一种新型矩形-径向波导适配器结构,并在W波段和Ka波段设计实现,性能良好。该结构具有稳定性好、频带宽、插损小、可住径向波导中有效地激起缝隙阵列天线所需的工作模式等优点,为径向波导缝隙阵列单脉冲天馈的一体化设计打下了良好基础；
2、讨论了径向波导缝隙阵列设计的方法和步骤,并采用上述适配器与径向波导缝隙阵列天线在Ka波段和W波段分别实现了低副瓣的线极化笔形波束和圆极化锥形波束,仿真性能良好；
3、提出了根据上程加工精度要求,结合遗传算法和现有电磁仿真软件进行电磁场元部件自动优化设计的方法。并用此方法优化设计了W波段和Ka波段矩形-径向波导适配器及Ka波段紧凑结构的正交模耦合器,性能良好。使用该方法能够有效节约研发时间和精力,缩短没计周期,具有较大的工程应用价值；
4、采用上述方法设计了W波段波导旋转关节,用于连接发射机和天馈,并加工实现；
5、采用基于Hemlholtz方程弱形式的有限元和模式展开结合的方法对径向波导缝隙阵列天线进行全波分析,采用1/4对称方法分析单脉冲径向波导缝隙阵列天线,有效降低了单脉冲天线的计算量；
6、设计了共面结构的和差网络-八端口和差比较器,并在Ka波段和W波段仿真实现。该共面结构和差网络比传统结构和差网络更为紧凑,可用在单脉冲天馈的一体化设计中；
7、在W波段和Ka波段分别实现了包含舣圆台结构的矩形-径向波导适配器、共面结构的和差网络和径向波导缝隙阵列住内的单脉冲天馈系统集成化设计,仿真性能良好,在弹载、机载、舰载等体积受限的单脉冲跟踪与制导雷达系统中可望获得广泛应用；
8、在天线基片介质材料无损检测方面,提出一种压缩波束尺寸提高空间分辨率的介质材料规则性和均匀性的无损检测方案,设计了该方案使用的改进型倒置显微镜系统,实验测试验证了该方案的正确性和有效性。该方案也可用于非平面结构如透镜、天线罩等结构的介电常数测量中。