大功率毫米波频率选择表面的研究及其应用

发布时间：2020-11-02 20:29

　　 毫米波由于兼具微波全天候工作以及红外光波宽频带、高分辨率的特点,在远程雷达、电子对抗、电子干扰等领域有着广阔的应用前景。回旋行波管在毫米波等频段上具有高峰值功率以及高平均功率输出等优点。因此,越来越多的毫米波雷达系统开始使用回旋行波管作为其大功率源。为了有效地将回旋行波管输出的功率传输至雷达天线系统,必须搭建大功率毫米波传输链路。在传输链路系统中,需要对电磁波进行频率分离、极化转换等操作。频率选择表面(FSS)具有空间滤波功能,能够实现电磁波高隔离度分离。因此,大功率毫米波FSS可实现链路系统多频复用,提高链路系统的利用率。由于与其它极化形式电磁波相比,圆极化波具有更多的优势。基于大功率毫米波FSS设计的圆极化器在完成电磁波分离的同时实现极化转换,节省了一个大功率器件的使用,使得链路系统更紧凑。因此,大功率毫米波FSS以及圆极化器的研究具有重要意义。本文首先从FSS的基本理论与Floquet定理出发,深入研究了可应用大功率毫米波环境下全金属FSS的频率分离特性,并设计了工作于Q波段与K波段的FSS,实现了电磁波高隔离度分离。在此基础上,通过对圆极化波以及基于FSS圆极化器理论的研究,并结合矩形波导色散理论,设计了一种大功率毫米波圆极化器,仿真的单层圆极化器轴比带宽不能满足设计要求。为拓宽轴比工作带宽,根据滤波器设计中多层级联设计方法,论文提出了基于FSS圆极化器轴比带宽的优化方案。采用双层级联的方式拓宽了圆极化器轴比的工作带宽,从而达到了设计要求。接着,论文给出了圆极化器的加工实物与测试结果。测试结果很好地验证了前文的设计。本文最后详细研究了金属光栅圆极化器理论,并设计了单层光栅圆极化器。圆极化器采用基于正弦函数微扰平板波导结构来改善轴比带宽,且探讨了正弦函数周期数的变化对圆极化器轴比性能的影响。接着,基于模匹配方法和级联散射矩阵理论,论文提出了双层级联结构。最后,论文基于排列方向相互垂直的两组平板波导结构设计了双层级联光栅圆极化器。设计的光栅圆极化器还具有交叉极化电平低,传输效率高的特点。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN015
【部分图文】：

择表面技术面(Frequency selective surface, FSS)[9-10]是由二维属屏上或者是在介质板上周期性排布的单元类型应用行业，当一束电磁波入射到金属端面时，电，散射场和反射场组成了空间内总场，因此该电散射截面(Radar Cross Section，RCS)是雷达隐身技的通过使用吸波材料或变换物体形状来改变散射具有很多缺点。第一，吸波材料的使用不仅增加了飞行器的空气阻力并恶化天线的其它性能。第二波绕过物体而传播的方法是可行的，但在实际工状是给定的而无法轻易改变。当采用频率选择表雷达工作频段内的电磁波。在工作频带外，它的]，滤除掉对应频段的电磁波，从而显著降低雷达能。如图 1-1 所示为 FSS 在雷达天线罩中的应用

图 1-2 频率选择表面作为多频反射面天线的副反射面[12]S 的隐身应用领域里，欧美国家起步最早，并且多项研究成程应用中。例如，FSS 已应用于各国海军的水面舰队，包括运输舰等，且美国采用 FSS 已成功开发出全封闭式的隐身隐身效果。频率选择表面的应用逐渐成为各国舰艇隐身技段。国内在该领域的起步虽然较晚，但是工程应用的强烈重点研究项目。高选择性、高角度稳定性的 FSS 因为其在值已获得了广泛的关注。信息化战争背景下，对电磁波的频段的需求变得越来越高波等高频段发展。随着学者们对频率选择表面探索得逐渐择表面的低插损、小尺寸、高工作频率的优点在毫米、亚此，研究大功率毫米波频率选择表面的设计方法，具有重要极化器技术

源均为线极化器件，若要获得理想转换。择表面具有空间滤波功能，能够实步地，基于大功率毫米波频率选择能够改变其极化特性，实现线极化输发射技术的一个研究重点。及圆极化器的国内外研究历史的发展动态概念最初由 David Rittenhouse 于 1日光的衍射现象中得到了启发，因泛应用在实际工程领域。航空航天局(NASA)采用厚金属板其中 X 波段双频传输，S 波段全反
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本文编号：2867536