毫米波频扫天线研究

发布时间：2017-05-12 12:01

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【摘要】：随着微波技术的发展,现代微波技术的研究热点已经大部分集中在频谱资源更加丰富的毫米波段,与其相关的毫米波技术的研究已经覆盖了通信、遥感、医疗等多个领域,目前,国外有关毫米波技术的研究比较成熟,已有大量以毫米波技术为基础的商品和系统投入到实际应用中,而在国内有关毫米波技术的研究主要集中在8mm波段的毫米波低频段,而在3mm波段以及2mm、1mm波段的毫米波高频段的技术发展比较缓慢,这不仅是由于其相关的理论研究不够深入,还包括目前国内微波器件的设计水平和加工工艺无法达到实际应用的要求。毫米波遥感探测技术可利用电磁波的反射、折射等性质对被测目标实现定位、追踪、测距等功能,在气象、军事等领域有着重要的应用价值。本课题在“国家科技部重大科学仪器设备开发专项——遥感探测领域应用”的背景下,设计一种可用于毫米波遥感探测领域的3mm波段频率扫描天线,该天线基于介质集成波导实现,利用频扫天线的一维频扫特性,可以只通过一只毫米波辐射计实现对目标一维遥感探测,避免了多只辐射计自身的不一致性而造成的误差。本文介绍了频扫天线的基本原理,给出了天线结构参数设计要求并推导证明了天线馈电网络的结构设计对天线频扫特性的影响。介绍了介质集成波导的基本原理和设计方法,并且通过理论分析和软件仿真验证证明了在天线的建模过程中,可以利用等效介质填充波导代替介质集成波导以实现简化建模,提高天线仿真优化的效率。给出了本课题所设计频扫天线结构的理论分析,并利用HFSS仿真软件对天线进行仿真,优化了天线的性能指标,并对仿真结果以及天线的结构设计和参数选择给予了解释。所设计的天线为一种基于介质集成波导的16单元频扫缝隙阵天线,天线的中心频率为94GHz,天线可实现在92GHz-99.5GHz内反射损耗均小于-10d B,对应扫描角度为-15°-40°,第一副瓣电平小于-10d B,在频扫方向内的3d B波瓣宽度小于4°,在整个频扫带宽内增益稳定在13.8d B-15.8d B。所设计的频扫天线满足本课题的指标要求,并在原有频扫天线的基础上设计了一种金属栅格透镜结构,使天线在91GHz-98GHz内,H面方向图3d B波瓣宽度大大减小,整体增益提高约为3-4d B,改善了天线的频域特性,以满足某些特定领域的应用要求。
【关键词】：毫米波遥感探测 毫米波频扫天线 介质集成波导
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN822
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 课题背景10-11
• 1.2 毫米波频扫天线的发展概况11-17
• 1.2.1 频扫天线的发展历史11-12
• 1.2.2 国外频扫天线的发展现状12-15
• 1.2.3 国内频扫天线的发展现状15-17
• 1.3 本课题主要研究内容17-19
• 第2章 频率扫描天线的基本理论19-28
• 2.1 频扫天线的基本原理19-22
• 2.1.1 频扫天线的基本结构参数20-21
• 2.1.2 频扫天线阵的主要参数计算21-22
• 2.2 波导缝隙阵列频扫天线22-27
• 2.2.1 波导开缝位置与辐射23-24
• 2.2.2 波导缝隙阵列的排列方式24-26
• 2.2.3 缝隙阵列频扫天线馈电网络分析26-27
• 2.3 本章小结27-28
• 第3章 介质集成波导与慢波线理论28-40
• 3.1 介质集成波导基本原理28-31
• 3.1.1 介质集成波导基本结构28-30
• 3.1.2 介质集成波导研究方法与分析30-31
• 3.2 介质集成波导馈线结构31-34
• 3.2.1 微带线原理分析31-34
• 3.2.2 微带线馈线设计34
• 3.3 介质集成波导简化建模与分析34-36
• 3.4 慢波线结构分析36-39
• 3.4.1 蛇形慢波线36-37
• 3.4.2 螺旋慢波线37
• 3.4.3 其他慢波线37-39
• 3.5 本章小结39-40
• 第4章 介质集成波导频扫天线的设计40-60
• 4.1 频扫天线理论分析与计算40-41
• 4.2 缝隙单元的设计41-43
• 4.3 频扫天线建模与仿真分析43-56
• 4.3.1 相邻辐射单元的过渡43-46
• 4.3.2 频扫阵列单元数量分析46-50
• 4.3.3 频扫天线整体结构仿真分析50-56
• 4.3.3.1 整体结构分析50
• 4.3.3.2 等效电路分析50-51
• 4.3.3.3 仿真结果分析51-56
• 4.4 简化与非简化模型仿真分析对比56-59
• 4.5 本章小结59-60
• 第5章 金属栅格透镜仿真与设计60-67
• 5.1 金属栅格结构与仿真分析60-61
• 5.2 频扫天线加栅格透镜整体仿真分析61-66
• 5.2.1 金属栅格透镜设计分析61-62
• 5.2.2 仿真结果分析62-66
• 5.3 本章小结66-67
• 结论67-69
• 参考文献69-73
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果73-75
• 致谢75

【参考文献】

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1 王力卓;介质集成脊波导缝隙阵列天线的研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

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本文编号：359686