波束扫描微带反射阵列的研究

发布时间：2019-09-23 21:04

【摘要】：微带反射阵天线作为一种新型结构天线,以其高增益、可电控波束扫描、结构相对简单的优势,越来越多的应用于各类远距离无线通信系统中。本文从最基础的反射单元入手进行分析,并对反射阵列实现波束扫描功能以及可控扫描轨迹等方向展开分析研究。第一章为总括章,讲解本文工作的研究背景与意义。首先叙述了反射阵天线的产生于发展的过程,然后对反射阵列近期的研究现状与重点研究方向进行了阐述,最后提出了本文的研究内容。第二章介绍了反射阵列的工作原理及分析方式,首先对各项工作特性进行了基本的理论分析。然后详细介绍了微带单元仿真的几种建模与边界设置方式及对比,之后阐述了常见的多种微带结构单元的相移原理及自身优劣,从而为之后提出的所用的太赫兹微带阵列单元打下了基础。第三章在之前章节的讨论后,提出了一款工作在225GHz~315GHz频段的多谐振单层微带反射阵列单元,并对其进行了详细的分析,具有良好的线性移相特性及较大的相移范围。然后对阵列实现的步骤程序进行了描述,最后对阵列可以实现的波束扫描范围进行了讨论,提出了理论上一组扫描角与频率的对应关系可以实现的几个条件。第四章是本文的研究重点,根据第三章所提出的理论设计了优化程序求得了使用上一章单元时阵面可以实现的扫描角频率关系的区间。之后根据所得计算结果,从中选择一组理论上可行的扫描关系进行设计实现,并进行了实物加工及实验测试,测试结果与仿真结果具有良好的一致性。在225GHz~315GHz频率范围内,增益范围为21.03~26.12d dBi。然后又进行了频率扫描可控轨迹反射阵列的设计,使用第三章所述单元设计了一款圆弧扫描轨迹扫描阵列。在225GHz~315GHz频率范围内实现了俯仰角固定10°,同时方位角从65°到120°的扫描功能。第五章讨论了从反射阵列理论出发,结合透镜的设计理念,针对目前的通信领域的应用要求,设计了两款款可调相位补偿的平面透镜单元,第一种为微带叠层贴片的非谐振结构单元,可以实现±35°的扫描范围。第二种单元借助收发天线式设计,使用移相线进行相位调整,单元工作在1.7GHz~2.2GHz,通过改变馈源入射角度,可以实现较大的扫描范围。第六章对本文的工作进行了总结,并展望了将来的工作方向。
【图文】：

电子科技大学硕士学位论文对于单元的分析方法的研究也随之展开。为研究单元在阵列环境中的工作，蒙特格梅里在 1978 年提出 infinite array 方法的概念[3]。相对于之前孤立分析方法，infinite array 方法考虑了单元间的耦合，因此计算出来的结果与加相符，因此 infinite array 方法成为了反射阵列单元仿真的基本方法。而inite array 方法里分析单元的工作特性时，往往被简化为一端口网络，这样微波网络理论便可以顺利的应用在单元理论分析中，而单元的相移性质也可过等效阻抗网络的模型来进行计算。之后由于计算机技术的发展，EDA 技入以及各种电磁仿真方法及软件的研发与普及，使得微带反射阵列单元的仿加简便而精确。

第一章 绪 论在二十世纪末到二十一世纪初的十几年内，随着微带天线理论以及加工技术熟，基于微带结构的反射阵列也重新被广大学者进行重点研究，一系列新型射阵列被提出并进行了验证，获得了很好的效果。而随着研究的深入，早期带定向反射阵列逐渐向宽带大范围扫描甚至波束赋形的方向发展。最先被引入反射阵列设计中使得阵列可以实现波束扫描的技术是 MEMS[8]。结构如图 1-2 所示，，如上文所说，同样大小的辐射单元通过控制旋转角度即现相位延迟的调节，因此在每个天线单元结构背面用一个可以轴向旋转的机构控制单元的旋转角度，通过程序控制每个机械结构的旋转，可以在每个单置提供不同的相位补偿，从而实现波束的扫描。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN820

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本文编号：2540469