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EBG结构设计及在天线中的应用研究

发布时间:2018-06-19 11:31

  本文选题:电磁带隙结构 + 雷达截面 ; 参考:《西安电子科技大学》2014年硕士论文


【摘要】:电磁带隙(Electromagnetic Band gap,EBG)结构是一种特殊人工电磁材料,由于其独特的带隙特性而广泛的被用于天线和微波领域。其具有的表面波带隙可以应用于减小天线互耦,提高天线和微波器件的性能等,而其同相反射相位带隙可用于设计低剖面天线、天线隐身等方面。由于其广泛的应用,对新型EBG结构的研究具有一定的理论价值和工程意义。本文从EBG基本理论入手,介绍了EBG的等效电路理论、软件模型仿真方法和EBG带隙测量方法,研究了几种小型化和多频带EBG新型结构,探讨了EBG结构如何在天线隐身和相控阵圆极化天线中改善其轴比中的应用。本文的具体工作如下:第一,首先研究了Mushroom-like EBG各参数对其同相反射相位带隙的影响,并且在理论基础上设计了一种改进的交指型EBG实现结构的小型化,结果表明这种EBG结构比传统蘑菇型EBG尺寸上减小了80.2%。然后对EBG结构的多频化进行了研究,通过等效电路模型分析,设计了一种过孔边缘化的双层EBG结构。它具有多频带特性,在X极化下能产生三个反射相位带隙,在Y极化下能产生两个相位带隙,并具体讨论了各参数的对反射带隙的影响。第二,对HIS表面的同相反射相位带隙进行研究后将其应用于天线的雷达截面(Radar Cross Section,RCS)减缩。在分析和验证了高阻抗表面(High Impedance Surface,HIS)减缩天线RCS的基本原理后,研究了HIS结构的加载方式、加载位置、加载周期数量对天线RCS减缩的影响。然后将设计的多频HIS结构加载到4*1的U形槽双频贴片天线阵列的单元间隙处,实现对双频微带贴片阵列的带内RCS减缩,并保持天线阵列良好的辐射性能。第三,圆极化的微带相控阵由于其单元之间的耦合使得轴比特性恶化,所以首先利用单元旋转改善其角度扫描时的轴比,同时加载EBG结构抑制表面电磁波传播进一步降低轴比,从研究结果中看出在一定扫描角范围内轴比得到了一定的改善。
[Abstract]:Electromagnetic band gap (EBG) structure is a special artificial electromagnetic material, which is widely used in antenna and microwave fields because of its unique band-gap characteristics. The surface wave band gap can be used to reduce the mutual coupling of antenna and improve the performance of antenna and microwave device, while the in-phase reflection phase gap can be used to design low profile antenna, antenna stealth and so on. Because of its wide application, the research of new EBG structure has certain theoretical value and engineering significance. Starting with the basic theory of EBG, this paper introduces the equivalent circuit theory of EBG, the simulation method of software model and the method of EBG bandgap measurement, and studies several new types of miniaturization and multi-band EBG structures. The application of EBG structure in antenna stealth and phased array circular polarization antenna is discussed. The main work of this paper is as follows: firstly, the influence of Mushroom-like EBG parameters on the in-phase reflection phase gap is studied, and an improved cross-finger EBG is designed to realize the miniaturization of the structure based on the theory. The results showed that the EBG structure was 80.2 smaller than that of the traditional mushroom EBG. Then, the multi-frequency structure of EBG is studied. Through the analysis of equivalent circuit model, a double-layer EBG structure with perforated edge is designed. It can produce three reflection phase bandgaps under X polarization and two phase gaps under Y polarization. The influence of various parameters on the reflection band gap is discussed in detail. Secondly, the in-phase reflection phase band gap of his surface is studied and applied to the radar cross section (RCSs) reduction of the antenna. After analyzing and verifying the basic principle of high impedance surface high Impedance Surface (HIS) reduction antenna RCS, the effects of loading mode, loading position and loading period on the antenna RCS reduction are studied. Then, the designed multi-frequency his structure is loaded into the cell gap of the U-shaped slot dual-frequency patch antenna array, which can reduce the in-band RCS of the dual-frequency microstrip patch array and maintain the good radiation performance of the antenna array. Third, due to the coupling between its elements, the axial ratio of circularly polarized microstrip phased array is deteriorated, so the axial ratio is improved by element rotation, and the axial ratio is further reduced by loading EBG structure to suppress surface electromagnetic wave propagation. The results show that the axial ratio is improved in a certain range of scanning angles.
【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】:2014
【分类号】:TN822

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本文编号:2039741

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