基于基片集成波导结构的高增益天线的设计与研究

来源 :中北大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:cs_200901
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随着社会的飞速发展,人们对信息的需求也越来越高,对通信质量的要求也越来越高,高增益天线因其在通信的众多应用领域的巨大应用价值,成为天线领域研究热门之一。目前高增益天线的类型有抛物反射面天线、平面阵列天线、漏波天线等等,但每一种高增益天线都有其优缺点:传统的抛物反射面天线,它的优点是馈源简单、增益高,缺点是体积大、较笨重、难以集成、价格昂贵;平面阵列天线具有易于集成和增益高等优点,缺点是馈电网络复杂、占用面积大;漏波天线的增益也比较高,但天线电长度比较大,且一般形成锥形波束,波束效率不高。基片集成波导技术的诞生为高增益天线的发展提供了新的机遇,它不仅具有传统波导的良好传输性能,同时兼有平板电路结构的易加工优势。本文利用基片集成波导技术设计了抛物反射面结构,并应用于构造高增益H面喇叭天线和平面周期性漏波天线,对设计方案进行了仿真分析,并进行了实际加工和测试。相对于传统抛物面天线,本文的设计方案具有低剖面、易于与平面电路集成的优点;相对于传统的平面天线阵列结构,本文的设计方案省去了复杂的馈电网络,具有易于馈电、小型化的优点。本文的主要工作和创新点如下:1.提出了一种基于基片集成波导的抛物反射面结构,并将其用于H面喇叭天线的设计。首先,设计的基于基片集成波导的抛物反射面结构,其优点是可以采用简单的馈电方式实现大辐射口径和等相位分布,从而为高增益的实现提供了先决条件;其次,研究了同轴探针馈电与反射电感柱、引向电容柱相结合的馈电方式,并研究了馈电点与抛物反射面的位置关系对馈电效果的影响,优化得到了最佳的馈电结构参数;再次,研究了抛物反射面结构与自由空间实现阻抗匹配的方法,设计了金属条带加载金属柱阵列的匹配条带,可极大的提高抛物面辐射口径与自由空间的匹配程度;最后,对所提出的基于抛物面结构的H面喇叭天线的内部场分布、阻抗特性与远场辐射特性进行了仿真分析,加工制作了天线实物并进行了测试,测试结果和仿真结果吻合得很好。2.提出了以抛物反射面结构作为馈源,在表面波结构上加载周期性金属条带阵列的一维波束扫描高增益平面漏波天线。对天线结构参数对天线性能的影响进行了详细的分析。3.提出了一种适合于周期性漏波结构的低辐射区产生方法。该方法采用模式展开法和有效辐射段理论相结合的方法,首先采用模式展开法对周期性漏波结构的口面场分解为各次空间谐波的叠加,然后针对谐波中的辐射模式,采用有效辐射段的分析方法计算得到该辐射模式的有效辐射段,并通过结构参数的改变来抑制某个特定方向对应的有效辐射段的辐射强度,以此来产生低辐射区域。传统的低辐射区域产生方法适用于阵列结构或连续弯曲口径天线,而本文首次提出了适用于周期性漏波结构的低辐射区域产生方法,展示出较好的效果。
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