场监雷达天线分析设计及圆极化器探究

发布时间：2020-05-07 05:18

【摘要】：场面监控雷达(场监雷达)系统是机场塔台对地面交通进行管制的一个有效工具,其在国内外大型机场的运行中有着广泛的应用前景。由于结构紧凑、体积小、重量轻和易于实现低副瓣乃至超低副瓣方向性等优点,波导窄边开缝天线阵已经成为场监雷达系统中的核心构件。本文针对以波导缝隙阵列为核心构件并被应用于场监雷达系统中的大尺寸口径天线设计中的若干关键技术展开研究。本文的主要内容如下:首先,介绍了场监雷达系统的应用场景,阐述了应用于场监雷达系统中的大尺寸口径天线的研究背景和意义。同时简要概述了场监雷达系统的发展历程和国内外最新研究动态。其次,介绍了场监雷达天线及其主要构件(波导缝隙阵、喇叭、极化滤波片、反余割平方赋型器和圆极化器)的工作原理。阐述了缝隙天线的辐射原理、喇叭孔径与增益的关系、极化滤波器的分类、平行板波导理论和电磁波的极化原理。再次,根据上述理论并借助电磁全波仿真软件High Frequency Structure Simulator(HFSS)设计了一款适用于场监雷达系统的天线,并重点探究了该天线中的光栅圆极化器的金属带宽度和平板间距对轴比的影响。设计所得的天线方位面3dB波束宽度小于0.36°,俯仰面反余割平方分布,主极化为右旋圆极化。设计所得的光栅圆极化器的透波损耗小于0.2dB,轴比小于1.3dB。从次,对外包加工的天线各部件自行封装,并对封装后的实物天线的各项电磁性能进行了测试。实测结果表明所设计天线可以满足机场场面监控的基本需求。最后,通过将测试结果与仿真数据进行对比,发现两者之间存在一定误差。基于“超表面和超材料”的设计原理,并利用传输线方程,以及借助Matlab软件观测赋形片长度对反射系数的影响。最终得出结论:上述误差源于该天线的各个模块之间未能完美匹配。该结论为上述场监雷达天线的进一步优化指明了具体的方向。
【图文】：

某机场场监雷达系统原理图

场监雷达天线工作示意图
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN957.2

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本文编号：2652498