高增益超材料覆层天线及波束调控研究

发布时间：2017-10-14 08:32

  本文关键词：高增益超材料覆层天线及波束调控研究

  更多相关文章： F-P谐振腔天线 传输阵天线 频率选择表面 高增益 波束调控 圆极化

【摘要】：电磁超材料因具有新奇的物理特性成为了近些年的研究热点。将电磁超材料应用到天线领域,可以通过调控电磁波改善天线性能,为天线领域的发展提出了一个新的方向。超材料覆层天线是超材料与天线结合的一种形式,具有重要的研究价值和广泛的应用前景。基于频率选择表面的超材料覆层天线是本文主要研究对象,文中对其高增益特性及波束调控性能展开了深入研究。根据频率选择表面的频选特性,本文分别研究了基于带阻型频率选择表面的谐振腔天线和基于带通型频率选择表面的传输阵天线,并对以这两种形式的天线实现高增益特性和波束调控特性的方法进行了深入研究。首先,本文实现了利用低剖面高增益谐振腔天线进行小角度波束调控,其次实现了利用高增益传输阵天线进行大角度波束调控。更进一步,本文在实现高增益波束调控特性的同时,设计了具有圆极化特性的传输阵天线。本文清晰地展示了频率选择表面在超材料覆层天线实现高增益及波束调控性能方面的应用。主要工作内容如下:首先,本文设计了基于改进型渔网单元组成的低剖面谐振腔天线,并利用半相位梯度原理对频率选择表面覆层进行了调制,设计了两种半非均匀型的频率选择表面覆层,实现了谐振腔天线主波束在俯仰面内10°和19°的偏转。其次,基于多层频率选择表面的综合方法,使用金属贴片与金属环组成的多层小型化频率选择表面(Multi-layer Miniaturized FSS,MMFSS)单元为基本单元结构。通过改变MMFSS单元尺寸的方法获得310°传输相移覆盖范围,并利用MMFSS单元组成平面传输阵,以喇叭天线作为高增益传输阵的馈源。通过调节传输阵表面MMFSS单元的尺寸以改变传输相位,进而对传输阵阵面进行相位补偿,从而获得不同角度的主波束方向,最终实现了在俯仰角0°~57°范围的波束调控以及方位角任意角度的波束调控。最后,对MMFSS单元上引入微扰从而了形成圆极化小型化频率选择表面(Circular-polarized Miniaturized FSS,CMFSS)单元以实现将线极化波转化为圆极化波的功能。同样通过调节CMFSS单元的尺寸获得了360°传输相移覆盖范围。将CMFSS单元组成圆极化传输阵,并以喇叭天线作为圆极化高增益传输阵天线的馈源。通过调节阵面单元尺寸完成相位补偿,以获得不同角度的主波束方向,实现了天线在高增益、圆极化特性及俯仰角0°~45°范围内的波束调控性能。
【关键词】：F-P谐振腔天线 传输阵天线 频率选择表面 高增益 波束调控 圆极化
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB34;TN826
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-12
• 符号对照表12-13
• 缩略语对照表13-16
• 第一章 绪论16-22
• 1.1 研究背景及意义16-17
• 1.2 国内外研究现状17-20
• 1.2.1 FSS研究现状17
• 1.2.2 高增益谐振腔天线研究现状17-18
• 1.2.3 传输阵天线研究现状18-20
• 1.3 内容安排20-22
• 第二章 基于FSS的高增益覆层天线及其波束调控理论22-34
• 2.1 引言22
• 2.2 频率选择表面22-26
• 2.2.1 频率选择表面特性介绍及参数分析23-24
• 2.2.2 频率选择表面的应用24-25
• 2.2.3 多层FSS的综合25-26
• 2.3 FSS在高增益谐振腔天线中的应用26-30
• 2.3.1 F-P谐振腔理论26-28
• 2.3.2 半相位梯度理论28-30
• 2.4 FSS在平面传输阵天线中的应用30-33
• 2.4.1 传输阵天线基本工作原理30-32
• 2.4.2 相位补偿单元的各种形式32-33
• 2.5 本章小结33-34
• 第三章 低剖面高增益谐振腔天线及波束调控分析34-42
• 3.1 引言34
• 3.2 改进型渔网单元介绍34-37
• 3.3 高增益谐振腔天线的设计及波束调控分析37-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第四章 高增益传输阵天线设计及其波束调控分析42-60
• 4.1 引言42
• 4.2 MMFSS单元介绍42-45
• 4.3 高增益传输阵天线设计及分析45-56
• 4.3.1 馈源的选取45-46
• 4.3.2 主波束方向为θ=0° 的HTA1设计46-47
• 4.3.3 主波束方向为θ=30°的HTA2设计47-49
• 4.3.4 主波束方向为θ=45°的HTA3设计49-50
• 4.3.5 主波束方向为θ=57°的HTA4设计50-53
• 4.3.6 传输阵天线方位面波束方向调控分析53-56
• 4.4 测试结果及分析56-58
• 4.5 本章小结58-60
• 第五章 圆极化高增益传输阵天线设计及其波束调控分析60-74
• 5.1 引言60
• 5.2 CMFSS单元介绍60-65
• 5.2.1 极化转换型FSS单元的选择60-62
• 5.2.2 CMFSS单元的参数分析62-65
• 5.3 左旋圆极化传输阵天线设计及分析65-71
• 5.3.1 馈源的选取65
• 5.3.2 CHTA1的设计及分析65-68
• 5.3.3 CHTA2的设计及分析68-69
• 5.3.4 CHTA3的设计及分析69-71
• 5.4 右旋圆极化传输阵天线设计及分析71-73
• 5.4.1 RCHTA2特性分析71-72
• 5.4.2 RCHTA3特性分析72-73
• 5.5 本章小结73-74
• 第六章 总结与展望74-76
• 6.1 工作总结74-75
• 6.2 不足之处及下一步工作展望75-76
• 参考文献76-80
• 致谢80-82
• 作者简介82-83

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本文编号：1030072