应用于遥感探测领域的多频段馈源天线技术研究

发布时间：2017-08-13 15:20

  本文关键词：应用于遥感探测领域的多频段馈源天线技术研究

  更多相关文章： 多频馈源 模式匹配法 正交模耦合器 介质加载喇叭天线

【摘要】：现如今,在遥感探测技术不断发展过程中,多频复用、功能一体化、结构小型化的馈源天线受到越来越多的重视,多频段天线可以将多个单一频点工作的设备“合为一体”,对单频天线实现综合利用,在充分利用遥感卫星频谱资源的同时降低成本。在卫星遥感领域中,对多频馈源的端口隔离度,回波散射等性能指标要求较高。本文以此作为出发点,针对遥感探测系统的六个工作频点(89/36.5/22.3/18.6/10.63/6.6GHz),设计出一种可以同时工作于以上频点的多频馈源天线系统,且具有遥感系统所需要的低交叉极化、高端口隔离度等优良电性能。首先,本文利用模式匹配法对一些典型波导结构进行理论分析,为下文计算结构参数初值及优化提供理论基础。随后,对于馈源馈电网络中具有较多优化参量的波导结构,如多膜片滤波器等,如果利用全波电磁仿真软件进行优化,需要大量仿真时间,效率较低。因此,本文采用模式匹配法首先对波导不连续结构进行计算分析,然后利用推导所得的广义散射矩阵,结合遗传算法编写优化程序对其进行优化,得到最优结果,并利用基于有限元法(FEM)的电磁仿真软件对其进行仿真验证。其次,对于六频馈源馈电网络中的波导结构,如正交模耦合器、双工器、矩形波导-圆波导T接头、矩形波导-同轴波导T接头、同轴十字转门、阶梯弯波导、功分器等分别进行优化设计,再通过公共端口实现无耗级联,形成三个互相相对独立的馈电结构:89GHz圆波导馈电结构、36.5/22.3/18.6GHz三频OMT同轴波导馈电结构和10.63/6.6GHz双频OMT同轴波导馈电结构,三者通过同轴嵌套,合为一体实现六频信号馈电功能。再次,对馈源喇叭天线进行设计,考虑到波纹喇叭天线结构复杂、加工难度大且成本较高,本文决定采用与波纹喇叭性能相近的介质加载喇叭天线,介质加载喇叭能够通过传播HE11混合模,在很宽的工作带宽内产生轴对称的辐射方向图,同时实现低副瓣、低交叉极化等特性。最后,将馈电网络与喇叭天线连接在一起,完成整体结构设计,实现六频馈源天线系统的设计,使其能够工作于遥感探测领域的六个工作频点,且满足遥感系统对于馈源端口隔离度,交叉极化等性能的较高要求。
【关键词】：多频馈源 模式匹配法 正交模耦合器 介质加载喇叭天线
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V443.5;TN823
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 课题的研究背景与意义9
• 1.2 多频馈源的国内外研究现状9-13
• 1.2.1 馈源的组成9-11
• 1.2.2 遥感探测领域多频馈源的发展现状11-13
• 1.2.3 模式匹配算法的研究现状13
• 1.3 主要研究内容13-14
• 1.4 论文结构与章节安排14-15
• 第2章 馈源设计的基本理论15-45
• 2.1 馈电结构的基本理论15-35
• 2.1.1 模式匹配法15-19
• 2.1.2 广义散射矩阵的级联19-21
• 2.1.3 矩形波导不连续性的理论分析21-26
• 2.1.4 相关的波导T接头理论26-35
• 2.2 介质加载喇叭天线的基本理论35-44
• 2.2.1 喇叭天线概述35-39
• 2.2.2 介质加载喇叭天线的理论分析39-44
• 2.3 本章小结44-45
• 第3章 六频馈源馈电结构的实现45-70
• 3.1 双频（89/36.5GHz）馈电结构的设计45-49
• 3.1.1 双频馈源馈电结构的实现45-46
• 3.1.2 89GHz馈源馈电结构设计46-47
• 3.1.3 36.5GHz馈源馈电结构的设计47-49
• 3.2 四频（89/36.5/22.3/18.6GHz）馈源馈电结构的设计49-64
• 3.2.1 正交模耦合器的基本理论51-53
• 3.2.2 正交模耦合器的结构设计53-54
• 3.2.3 阶梯弯波导与功分器的结构实现54-55
• 3.2.4 滤波器及双工器的结构设计55-60
• 3.2.5 同轴波导的匹配60-64
• 3.3 六频（89/36.5/22.3/18.6/10.63/6.6GHz）馈源馈电结构的设计64-68
• 3.3.1 同轴OMT结构的设计64-66
• 3.3.2 联合仿真结果66-68
• 3.4 本章小结68-70
• 第4章 六频馈源喇叭天线结构的实现70-82
• 4.1 相位中心的确定70-71
• 4.2 89GHz高频圆锥喇叭天线的结构设计71-72
• 4.3 加载介质喇叭天线的结构设计72-79
• 4.3.1 介质加载喇叭天线的工作原理73-74
• 4.3.2 介质加载三频（36.5/22.3/18.6GHz）喇叭天线的设计优化74-77
• 4.3.3 紧凑型介质加载双频（10.63/6.6GHz）喇叭天线的设计优化77-79
• 4.4 六频馈源整体性能参数79-80
• 4.5 本章小结80-82
• 结论82-84
• 参考文献84-87
• 附录87-91
• 致谢91

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