毫米波波导缝隙天线分析与研究

发布时间：2018-06-16 09:12

  本文选题：波导缝隙天线 + 毫米波　； 参考：《电子科技大学》2014年硕士论文

【摘要】：波导缝隙天线(Slotted Waveguide Antennas:SWAs)自第二次世界大战以来有巨大发展。它具有几何结构简单、效率高、极化纯度高、便于共形安装等优点。目前已广泛应用于雷达、通信和导航系统中。本论文首先对波导缝隙天线的研究背景、基本理论和设计方法作了一个简要的论述。其次研究了V波段低副瓣行波波导缝隙天线的设计,提出了一种用于毫米波段低副瓣行波波导缝隙天线的改进设计方法。该方法在传统的计算矩形波导宽边缝隙偏移量的斯蒂文生公式基础上引入了一个修正因子。经过修正后,设计的天线可获得优良的低副瓣性能。由于该方法是基于解析方法,所以与数值方法相比,更加简单快速。同时本文设计的波导缝隙天线具有宽缝隙的特性。典型的窄缝隙其长宽比一般大于10:1,而本文的缝隙长宽比约为4:1。文章对公式的修正给出了一定的理论分析。修正因子的确定由HFSS仿真实验完成。最后本文使用修正后的设计公式设计并加工了工作频率为60GHz的波导缝隙天线。测试结果与仿真结果吻合良好。接下来对特殊缝隙形状的宽带波导缝隙天线作了一定的分析和研究,提出了一种切割在波导宽边上螺旋形状缝隙的新型波导缝隙天线,首先设计了一种切割在WR-90标准波导上的螺旋缝隙天线,着重研究了波导馈电平面等角螺旋和阿基米德螺旋缝隙天线的电特性。两种形状螺旋缝隙的阻抗带宽均大于35%。天线效率在整个工作频段内也较为均匀,而传统的矩形缝隙天线则表现出较强的谐振特性,其效率在中心频率处较高,在低频段和高频段效率则很低。基于上面提出的X波段波导馈电螺旋缝隙天线的设计结果,本文设计了一种用于60GHz频段的波导馈电平面等角螺旋缝隙天线。该螺旋缝隙切割在WR-14标准波导的宽边上,由铝和碳纤维增强塑料(Carbon Fiber Reinforced Polymer:CFRP)两种材料加工。螺旋缝隙在大部分频带内效率都比较均匀,而矩形缝隙则表现出了较强的谐振特性,在中心频率处天线效率较高,其他频带则很低。而且当天线使用CFRP加工时,螺旋缝隙仍然有较高的效率,而矩形缝隙天线效率则很低。最后对第四章设计的弹载V波段波导缝隙天线的收发隔离特性做了详细的分析和讨论。
[Abstract]:Waveguide slot Antenna: SWAsS has developed greatly since the second World War. It has the advantages of simple geometric structure, high efficiency, high polarization purity and easy conformal installation. At present, it has been widely used in radar, communication and navigation systems. In this paper, the research background, basic theory and design method of waveguide slot antenna are briefly discussed. Secondly, the design of V band low sidelobe traveling wave waveguide slot antenna is studied, and an improved design method for millimeter band low sidelobe traveling wave waveguide slot antenna is proposed. In this method, a correction factor is introduced on the basis of the traditional Stevenson formula for calculating the slit offset of the wide edge of the rectangular waveguide. After modification, the designed antenna can obtain excellent performance of low sidelobe. Because this method is based on analytical method, it is simpler and faster than numerical method. At the same time, the waveguide slot antenna designed in this paper has the characteristics of wide slot. For a typical narrow gap, the aspect ratio is generally greater than 10: 1, while the slit aspect ratio in this paper is about 4: 1. This paper gives a certain theoretical analysis of the correction of the formula. The correction factor is determined by HFSS simulation experiment. Finally, the waveguide slot antenna with a working frequency of 60 GHz is designed and fabricated by using the modified design formula. The test results are in good agreement with the simulation results. Then, the special slot shape wideband waveguide slot antenna is analyzed and studied, and a new waveguide slot antenna is proposed, which cuts the spiral slot on the wide edge of the waveguide. In this paper, a spiral slot antenna cutting on WR-90 standard waveguide is designed, and the electrical characteristics of waveguide fed planar equal-angle spiral antenna and Archimedes spiral slot antenna are studied. The impedance bandwidth of the two helical crevices is greater than 35. The antenna efficiency is more uniform in the whole frequency band, while the traditional rectangular slot antenna has strong resonance characteristics, its efficiency is higher at the center frequency, and is very low in the low frequency band and high frequency band. Based on the design results of the X-band waveguide fed helical slot antenna, a waveguide fed planar equal-angle helical slot antenna for 60GHz frequency band is designed in this paper. The spiral slot is cut on the wide edge of the WR-14 standard waveguide and is made of aluminum and carbon fiber reinforced plastic carbon fiber reinforced polymer: CFRPs. The efficiency of the helical slot is uniform in most frequency bands, while the rectangular slot has a strong resonance characteristic. The antenna efficiency is high at the center frequency, but the other frequency band is very low. Moreover, when the antenna is processed with CFRP, the efficiency of spiral slot is still high, while that of rectangular slot antenna is very low. Finally, the isolation characteristics of V band waveguide slot antennas designed in chapter 4 are analyzed and discussed in detail.
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TN823.24

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本文编号：2026159