基于波束波导的高功率微波天线的研究与设计

发布时间：2017-10-16 18:05

  本文关键词：基于波束波导的高功率微波天线的研究与设计

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【摘要】：波束波导天线系统应用于微波领域虽然有许多优点,但还存在不足的地方:首先,在高功率方面应用能力较差,馈源辐射出的电磁波经波束波导传输后会出现波束聚焦现象,聚焦处电场强度较大,当天线在大功率条件或大气稀薄的星载环境下工作时,可能会导致放电现象;第二,整个天线系统的效率不够理想,如何对馈源,波束波导,面天线进行优化设计需要进一步的研究与探讨。对于馈源的研究主要集中在波纹圆锥喇叭和高斯模式匹配上。首先从现有的各种喇叭出发,利用已经掌握的HFSS等工具,设计出符合要求的喇叭天线。对波束波导的研究主要集中在减小能量在这个传输系统中的损失,还有对辐射场幅度及相位的优化。波束波导主要从平面镜的位置大小放置角度,曲面镜的选择和大小放置角度,对波束波导进行研究设计。目前为了提高天线的效率主要采用两种途径,(1)保持反射系统不变,使馈源方向图最佳化,即采用高效率馈源,这种馈源的方向图能比较均匀的照射主反射面,使漏掉的能量很小。(2)保持馈源方向图不变,使反射系统最佳化,即从给定的馈源方向图出发,采用修正的卡塞格伦天线副反射面的方法,使主反射面口径上得到均匀的照射来提高效率。本文对于基于波束波导的反射面天线的整个系统进行了研究,对于隔片型模式变换器进行了考察,原有模式变换器应用在本例当中时会出现效率低于80%并且功率容量也比较低,经过分析和计算得出了解决办法,以增加一个外层的方法来扩大波导管进而增加功率容量,并且提高模式变换的效率。在研究了高斯波束特性和原来设计中喇叭天线的辐射情况后,重新设计了阶梯型双模圆锥喇叭,该喇叭符合尺寸要求,并且相位中心明确,高斯基模耦合效率高,辐射出的波束呈标准的聚束传播模式,非常适合应用于波束波导天线中。重新设计了波束波导,从波束波导中的电场分布来看,效果非常好。最后以几何光学的方法分析了双抛物面的修正过程,使用Mathematica9.0编程,得出修正曲线,修正后的双反射面天线的口径效率得到大幅提高并且避免了副面遮挡。
【关键词】：波束波导 模式变换 双模喇叭 相位中心 反射面天线
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN822
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 研究背景及意义10-13
• 1.2 主要工作和贡献13-14
• 1.3 主要内容及安排14-15
• 第二章 基本理论15-20
• 2.1 基本理论15-19
• 2.1.1 高斯波束理论及高斯基模耦合理论15-16
• 2.1.2 高频分析法16-19
• 2.2 波束波导天线系统的构成及优点19-20
• 第三章 TM01-TE11模式变换器的研究设计20-26
• 3.1 模式变换器的基本原理20-22
• 3.2 模式变换器的设计22-23
• 3.3 对模式变换器进行改进23-25
• 3.4 总结25-26
• 第四章 喇叭天线的设计及相位中心的确定26-36
• 4.1 波束波导对喇叭天线的要求26
• 4.2 高斯馈源的设计26-34
• 4.2.1 波纹TE11-HE11模式变换器26-31
• 4.2.2 双模喇叭31-34
• 4.3 喇叭相位中心的确定34-35
• 4.4 总结35-36
• 第五章 波束波导的设计36-41
• 5.1 波束波导中不同反射镜的作用分析36-37
• 5.2 三镜面波束波导设计仿真37-40
• 5.3 总结40-41
• 第六章 双反射面天线的修正41-53
• 6.1 双反射面天线简介41-42
• 6.2 双抛物面天线原理42-43
• 6.3 双反射面天线修正三原则43-45
• 6.4 双反射面天线入射场与出射场关系45-50
• 6.5 双反射面修正对效率的提升50-52
• 6.6 总结52-53
• 第七章 波束波导天线系统整体设计仿真53-63
• 7.1 原有波束波导天线系统分析53-55
• 7.2 整体系统设计和仿真55-62
• 7.3 总结62-63
• 第八章 总结与展望63-64
• 8.1 本文工作总结63
• 8.2 后续及展望63-64
• 致谢64-65
• 参考文献65-68
• 攻读硕士期间获得成果68-69

【参考文献】

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本文编号：1044107