高功率微波新型扫描阵列天线研究

发布时间：2023-03-19 17:55

　　高功率微波源的输出功率难以突破固有的物理限制,通过空间功率相干合成的办法可以实现更高的等效辐射功率。空间功率相干合成对高功率微波天线提出了新的要求,不仅要求具有高功率容量、高辐射增益,还要求天线具有模块化、紧凑的结构设计、低制造成本以及具备波束扫描的能力。现有的高功率微波天线在波束扫描范围、制造成本、结构紧凑化等方面还无法很好满足应用需求。在此背景下,本文提出并研究了两种新型的波束扫描阵列天线。第一种是圆锥扫描分控的阵列天线:利用近场相位转换原理,通过旋转馈源阵面和介质透镜实现了二维波束扫描;第二种是行列扫描分控的阵列天线:该天线基于矩形波导窄边缝隙耦合馈电,以螺旋单元作为辐射单元,通过整列控制旋转螺旋单元的角度,并配合移相器调节每行波导内微波输入的初始相位,实现了整行列控制的二维波束扫描。论文针对以上内容开展了理论分析、数值模拟研究,并对部分结构开展了实验研究。具体工作有:(1)提出并研究了圆锥扫描分控的阵列天线。该阵列天线由馈源阵列天线和介质透镜构成。馈源天线为径向线波导缝隙耦合的螺旋阵列天线,本文详细分析了径向线波导缝隙耦合螺旋阵列天线的工作原理和设计过程,并设计了一直径为600...

【文章页数】：140 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 高功率微波天线及波束扫描的研究现状
        1.2.1 高功率微波模式转换天线
        1.2.2 高功率微波径向线螺旋阵列天线
        1.2.3 高功率微波波导缝隙阵列天线
            1.2.3.1 高功率微波一维扫描波导缝隙阵列天线
            1.2.3.2 高功率微波二维波束扫描波导缝隙阵列天线
            1.2.3.3 基于漏波波导的一维相位扫描阵列天线
            1.2.3.4 高功率无移相器自旋转波束扫描天线
        1.2.4 基于近场相位转换实现高功率波束扫描透镜天线
    1.3 论文主要研究内容
第二章 圆锥扫描分控的阵列天线研究
    2.1 径向线波导缝隙耦合的螺旋阵列天线
        2.1.1 C形缝隙耦合馈电
            2.1.1.1 C形缝隙耦合馈电结构及其特点
            2.1.1.2 C形缝隙耦合结构的耦合特性分析
        2.1.2 小螺旋辐射单元的设计
            2.1.2.1 螺旋辐射单元的互耦及改善
            2.1.2.2 螺旋单元的反射及改善
            2.1.2.3 优化的螺旋辐射单元及性能
        2.1.3 径向线波导缝隙耦合的螺旋阵列天线设计
            2.1.3.1 螺旋辐射单元布局
            2.1.3.2 天线口面电阻分布及径向线波导馈电形式的选择
            2.1.3.3 C形缝隙耦合结构及消除反射脊结构尺寸
            2.1.3.4 小螺旋单元螺旋线结构的旋转角度
            2.1.3.5 径向线波导缝隙耦合的螺旋阵列天线仿真
    2.2 介质透镜的波束偏转特性
    2.3 二维波束扫描分析
        2.3.1 馈源天线实现偏转波束
        2.3.2 与介质透镜配合的二维波束扫描
    2.4 本章小结
第三章 行列分控式扫描阵列天线研究
    3.1 矩形波导窄边C型缝隙的耦合特性
    3.2 矩形波导窄边C形缝隙耦合馈电的直线阵列的设计
        3.2.1 耦合结构设计及耦合辐射单元模型
        3.2.2 矩形波导窄边缝隙耦合馈电的直线阵列天线设计及仿真研究
            3.2.2.1 直线阵列反射消除
            3.2.2.2 波导传播常数的修正
            3.2.2.3 辐射场结构与功率容量分析
            3.2.2.4 一维波束扫描与远场方向图分析
    3.3 矩形栅格阵列的二维波束扫描特性
        3.3.1 阵列布局与平面阵列的基本理论
        3.3.2 平面矩形栅格的仿真分析
            3.3.2.1 平面矩形栅格阵列的传输特性和电场分布
            3.3.2.2 平面矩形栅格阵列横向平面内的一维波束扫描特性
            3.3.2.3 空间二维波束扫描
    3.4 本章小结
第四章 功率分配网络及移相器的设计研究
    4.1 功率分配网络的设计
    4.2 新型旋转调节式波导移相器研究
        4.2.1 新型旋转调节式波导移相器的结构及功能
        4.2.2 新型旋转调节式波导移相器的仿真设计
            4.2.2.1 矩形波导窄边缝隙电桥的优化设计
            4.2.2.2 模式转换器的优化设计
            4.2.2.3 圆极化反射器的优化设计
            4.2.2.4 移相器整体的联合仿真
        4.2.3 新型旋转调节式波导移相器的工程设计及公差分析
            4.2.3.1 移相器的工程设计
            4.2.3.2 新型旋转调节式波导移相器的公差分析
        4.2.4 新型旋转调节式波导移相器的实验研究
        4.2.5 移相器的热测实验方案
        4.2.6 移相器的改进设计
    4.3 整行列扫描分控的阵列天线系统
        4.3.1 平面矩形栅格阵列的系统结构
        4.3.2 平面矩形栅格阵列的实验规划
    4.4 本章小结
第五章 矩形波导缝隙耦合的扫描直线阵列天线实验研究
    5.1 基于矩形波导窄边缝隙耦合的直线阵列天线的工程设计
    5.2 基于矩形波导窄边缝隙耦合的直线阵列的公差分析
    5.3 基于矩形波导窄边缝隙耦合的直线阵列的实验研究
        5.3.1 直线阵列天线的S参数测量
            5.3.1.1 传输参数S21的测量
            5.3.1.2 反射参数S11的测量
        5.3.2 直线阵列天线辐射性能的测量
            5.3.2.1 直线阵列天线方向图的测量
            5.3.2.2 天线增益和频率带宽特性测量
            5.3.2.3 直线阵列天线波束扫描特性测量
    5.4 螺旋辐射单元的改进
    5.5 直线阵列天线的高功率实验测量
    5.6 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 主要工作与基本结果
    6.2 主要创新点
    6.3 研究展望
致谢
参考文献
作者在学期间取得的学术成果



本文编号：3765692