高峰值功率天线和可重构太赫兹吸收器的设计

发布时间：2017-10-20 20:40

  本文关键词：高峰值功率天线和可重构太赫兹吸收器的设计

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【摘要】：论文主要描述两方面的工作:适用于时域超宽带雷达系统的高峰值功率天线的研究和可重构太赫兹吸收器的研究。在高峰值功率天线的相关工作中,主要完成了以下内容:1).为满足项目需求,设计并测试了一款对拓结构的Vivaldi天线,天线尺寸为450×290 mm,工作带宽为300 MHz-1 GHz,天线方向图较窄,时域波形拖尾信号较少,各方向保真系数较好。在工程应用中,Vivaldi天线成本较为低廉,安装便捷,实验与仿真符合良好。此外,对Vivaldi天线进行了功率合成实验,实验表明天线合成效率高达90%以上;2).为进一步提升增益,设计了一款双脊喇叭天线,覆盖250 MHz-1 GHz,时域增益达到8 dB,E面时域方向图控制在±30°以内,H面方向图±45°;3).通过在Vivaldi天线的辐射口径处放置直径800 mm的十层龙伯透镜,使天线的时域增益增加近6 dB,半功率波束宽度压缩至±30°。同样,龙伯透镜对喇叭天线有较好的聚焦特性;4).通过对比十层典型龙伯透镜、单一介质透镜和周期性打孔等效透镜对喇叭天线的聚焦特性,归纳出十层龙伯透镜聚焦效果最好,等效透镜最能缩减加工成本,降低整体重量。测试结果表明,所设计的适用于时域超宽带雷达中的Vivaldi天线基本能够满足实际项目需求。在可重构太赫兹吸收器的相关工作中,主要完成了以下三方面工作:1).基于SRR(split-ring resonator)结构,设计了三款太赫兹吸收器。第一款太赫兹吸收器在两种极化方式下分别形成0.54 THz和1.05 THz两个频点。第二款太赫兹吸收器在两种极化方式下分别形成0.523 THz,1.083 THz和1.06 THz三个频点。第三款太赫兹吸收器在两种极化方式下分别形成0.466 THz,0.96 THz和1.026 THz三个频点,实验与仿真结果吻合良好;2).通过改变第三款太赫兹吸收器入射太赫兹波的极化方向,可以使高频点连续可调,并控制低频点的通断;3).理论上提出了在超材料结构表面覆盖氮化镓薄膜,再由800 nm激光照射薄膜,改变衬底基片局部位置的载流子浓度,从而实现对吸收频带的调制。
【关键词】：高峰值功率时域天线 太赫兹吸收器 可重构 龙伯透镜
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN958
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 课题研究背景11-12
• 1.2 国内外研究背景12-20
• 1.2.1 高峰值功率超宽带天线国内外研究现状12-14
• 1.2.1.1 Vivaldi天线的发展现状12-13
• 1.2.1.2 喇叭天线的发展现状13
• 1.2.1.3 其它天线的发展现状13-14
• 1.2.2 提高天线增益国内外研究现状14-18
• 1.2.2.1 添加引向器14-15
• 1.2.2.2 添加反射板15
• 1.2.2.3 添加龙伯透镜及超材料结构15-17
• 1.2.2.4 其他提升增益的方法17-18
• 1.2.3 可重构太赫兹吸收器国内外研究现状18-20
• 1.3 论文内容安排20-21
• 第二章 高峰值功率天线的原理以及超材料的理论21-37
• 2.1 引言21
• 2.2 时域天线的主要参数简介21-26
• 2.2.1 瞬态窄脉冲的频谱特性21-23
• 2.2.2 天线的基本参数23-25
• 2.2.2.1 天线的辐射方向图23-24
• 2.2.2.2 天线的增益和方向性24-25
• 2.2.2.3 天线的保真度25
• 2.2.3 接收信号的拖尾问题25-26
• 2.3 龙伯透镜的光吸收机理26-30
• 2.3.1 介电常数渐变的龙伯透镜27-29
• 2.3.2 单一介质透镜29-30
• 2.4 电磁超材料理论30-36
• 2.4.1 典型电磁超材料单元结构概述30-31
• 2.4.2 等效介电常数和等效磁导率为负的基本原理31-34
• 2.4.2.1 等效磁导率为负31-32
• 2.4.2.2 等效介电常数为负32-34
• 2.4.3 半导体的光吸收机理34-36
• 2.5 本章小结36-37
• 第三章 高峰值功率天线的设计37-66
• 3.1 Vivaldi天线的设计37-48
• 3.1.1 Vivaldi天线的设计过程37-39
• 3.1.2 Vivaldi天线的优化过程39-41
• 3.1.3 Vivaldi天线的仿真结果41-43
• 3.1.4 Vivaldi天线的实测结果43-48
• 3.1.4.1 Vivaldi天线对接的接收波形43-45
• 3.1.4.2 Vivaldi天线的方向图45-46
• 3.1.4.3 Vivaldi天线各方向上的波形保真系数46-47
• 3.1.4.4 Vivaldi天线功率合成试验47-48
• 3.2 喇叭天线的设计48-53
• 3.3 龙伯透镜的设计53-65
• 3.3.1 多层龙伯透镜53-59
• 3.3.1.1 十层龙伯透镜的设计53-54
• 3.3.1.2 十层龙伯透镜的制作工艺54-55
• 3.3.1.3 十层龙伯透镜的作用55-59
• 3.3.2 单一介质龙伯透镜59-60
• 3.3.3 等效龙伯透镜60-65
• 3.3.3.1 等效龙伯透镜的设计60-62
• 3.3.3.2 等效龙伯透镜的作用62-65
• 3.4 本章小结65-66
• 第四章 可重构太赫兹吸收器的设计66-81
• 4.1 引言66
• 4.2 基于SRR结构耦合电流的研究66-70
• 4.2.1 开.环RLC等效电路模型66-67
• 4.2.2 非对称开口单环的研究67-70
• 4.3 极化可重构太赫兹吸收器的研究70-78
• 4.3.1 基本太赫兹吸收器的设计70-73
• 4.3.1.1 对称双开口太赫兹吸收器的设计70-71
• 4.3.1.2 对称双开口中间添加金属短杆太赫兹吸收器的设计71-73
• 4.3.1.3 对称双开口中间添加金属长杆太赫兹吸收器的设计73
• 4.3.2 高介电常数半导体的说明73-74
• 4.3.3 太赫兹吸收器的加工流程74-75
• 4.3.4 太赫兹吸收器试验测试结果75-78
• 4.4 激光可重构太赫兹吸收器的研究78-80
• 4.5 本章小结80-81
• 第五章 结语81-83
• 5.1 论文完成的工作81-82
• 5.2 论文的创新点82
• 5.3 论文工作的不足82-83
• 致谢83-84
• 参考文献84-91
• 攻硕期间取得的研究成果91-92

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