毫米波频率选择表面与天线覆层研究

发布时间：2017-10-30 03:00

  本文关键词：毫米波频率选择表面与天线覆层研究

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【摘要】：随着毫米波技术的不断发展,毫米波器件与天线在军事和民用通信系统中应用日趋广泛。在毫米波通信系统终端,对天线的尺寸、增益和波束调控要求越来越高。频率选择表面(Frequency Selective Surface,FSS)是一种由谐振单元按二维周期性排列构成的单层或多层平面或立体结构,对电磁波有频率选择作用,被广泛应用于雷达天线罩或高增益天线覆层。法布里-珀罗(Fabry-Perot,FP)天线是由馈源、反射板和部分反射表面构成的谐振式天线,具有低剖面、高增益、高定向性、加工简单等特点。FP谐振天线的部分反射表面一般采用金属型频率选择表面作为天线覆层。石墨烯作为碳基二维薄膜材料,具有高透光率、可控电导率、高机械强度、高热导率等优良特性,与传统金属FSS可以构成可调控的复合型频率选择表面。本文主要研究毫米波频率选择表面及其在高增益低剖面FP谐振天线中的应用。采用波导端面缝隙天线作为天线馈源,金属贴片频率选择表面(FSS)和石墨烯复合型频率选择表面分别作为部分反射表面,设计了多款新型毫米波FP谐振天线,主要工作及创新点如下:1.基于金属贴片阵列频率选择表面的基本理论,设计了中心频率为25GHz的毫米波频率选择表面(FSS),研究了其传输与反射特性;2.基于波导端面缝隙天线和FP谐振天线设计理论,分别采用金属反射板和人工磁导体(AMC)反射板设计了两种中心频率为25GHz的金属贴片FSS覆层的毫米波天线,其工作频率处的最大增益分别为16dBi和15.1dBi,厚度分别为6mm和3.7mm,对加载FSS覆层的两种毫米波FP谐振天线进行了加工测试,验证了仿真结论;3.研究了石墨烯与金属贴片阵列复合型FSS的传输与反射特性,基于石墨烯复合型FSS覆层分别设计了金属反射板和AMC反射板的两款毫米波FP谐振天线。通过改变石墨烯的表面电阻率控制天线增益和波束宽度。仿真结果表明,当石墨烯表面电阻率从5000Ω/sq减少到50Ω/sq,加载金属反射板的天线最大增益由15dBi降低到10dBi,E面3dB波束宽度由18.0deg增加到23.6deg,H面3dB波束宽度由21.2deg增加到28.8deg;加载AMC的天线最大增益由13.4dBi降低到5dBi,E面3dB波束宽度由23.6deg增加到27.8deg,H面3d B波束宽度由16.2deg增加到20.4deg,采用大小为25mm?25mm和不同表面电阻率的石墨烯样品对仿真结果进行验证分析。
【关键词】：毫米波 频率选择表面 FP谐振天线 石墨烯 表面电阻率
【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】：TN822
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 符号对照表11-12
• 缩略语对照表12-14
• 第一章 研究背景与现状14-26
• 1.1 毫米波通信需求分析14-17
• 1.2 频率选择表面研究现状17-20
• 1.3 毫米波天线研究现状20-23
• 1.4 天线覆层研究意义23-26
• 第二章 毫米波频率选择表面设计26-36
• 2.1 频率选择表面的组成和分类26-27
• 2.2 频率选择表面的理论分析与基本仿真方法27-30
• 2.3 毫米波频率选择表面单元设计30-33
• 2.4 毫米波频率选择表面整体仿真设计33-36
• 第三章 基于FSS覆层的毫米波天线36-56
• 3.1 毫米波波导缝隙天线设计36-40
• 3.2 基于FSS覆层加载的毫米波FP谐振天线设计40-47
• 3.3 基于AMC反射板和金属FSS覆层的毫米波天线设计47-56
• 第四章 基于石墨烯复合型FSS的毫米波天线56-68
• 4.1 石墨烯的基本理论56-59
• 4.2 石墨烯复合结构频率选择表面设计59-62
• 4.3 石墨烯FSS覆层毫米波天线设计62-65
• 4.4 加载AMC的石墨烯FSS覆层毫米波天线设计65-68
• 第五章 结束语68-70
• 参考文献70-74
• 致谢74-76
• 作者简介76-78

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 强海霞;蒋立勇;李相银;;一种旋绕型频率选择表面的传输特性分析[J];光电技术应用;2009年01期

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 杨超;左手材料理论及应用研究[D];南京理工大学;2014年

2 顾莹莹;高阻抗表面EBG结构天线应用的研究[D];东南大学;2006年

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本文编号：1115793