平面近场扫描中宽带双极化探头的设计与补偿理论研究

发布时间：2020-06-12 22:57

【摘要】：近场扫描技术是天线测量的重要方法之一,作为其中不可或缺的关键部分,探头的性能对于近场天线测量的精度和效率有很大影响。在近场天线测量中,若探头的可用带宽超过待测天线(AUT),则测量过程中将无需更换探头,这使得探头的安装和校准仅需进行一次,从而节省测量时间。如果探头还具备双极化特性,那么就能够同时测量两个正交场分量,而不需要通过机械旋转探头来进行二次扫描,从而进一步减少测量时间,同时节省了昂贵的旋转定位器。针对常规矩形波导探头频带较窄且需要两次扫描的问题,本文主要研究了平面近场扫描中宽带双极化探头的设计和补偿理论。首先,针对近场天线测量中宽带双极化探头的实际需求,设计了一种L形双极化平衡Vivaldi探头(BVA)。通过在BVA辐射壁上加载槽缝和电阻,实现了探头的小型化。BVA总的尺寸为113 mm×105.8 mm×105.8 mm,在0.6-6 GHz的频带内两个端口的电压驻波比(VSWR)小于2,两个端口之间的隔离度大于25 dB,E面和H面方向图较好,最大增益为7 dB,交叉极化小于-15 dB。其次,为了扩展测量频带,设计了一种开放边界四脊圆喇叭探头(QRHA)。通过在指数脊曲线末端添加Bessel曲线,改善了高频方向图主瓣分裂的现象,同时减小了探头的尺寸。QRHA总的尺寸为115 mm×110 mm×110 mm,在2-20 GHz的频带内两个端口的VSWR小于2,两个端口之间的隔离度大于40 dB,E面和H面方向图的3 dB波束宽度大于20~?,增益为3-15 dB,最大辐射方向上的交叉极化小于-25 dB。最后,以角锥喇叭天线作为AUT分别给出了无探头补偿和有探头补偿平面近远场变换的仿真结果。其中,分别用理论公式法和HFSS仿真法验证了无探头补偿,通过变换得到的远场方向图与理论方向图在-60~????6 0~?的范围内吻合很好。另外,分别用E面电场法、边缘电流逼近法和HFSS仿真法表示出矩形波导探头的远场方向图,通过实测数据给出了用不同方法补偿矩形波导探头的比较结果,从而验证了HFSS仿真法补偿的有效性,并对宽带双极化探头的补偿理论进行了研究。
【图文】：

双极化,近场,电介质

该探头的辐射口径是一个波纹喇叭结构，工作频带为 L 到 Ka 波段，其加工实物图如图 1.2 所示。图1.1 双极化电介质近场探头[1]图1.2 高精度宽带双极化探头[2]2008 年，Foged 等人设计出了一种用于球面近场和传统远场天线测量中的宽带双极化探头[3]，如图 1.3 所示。该探头通过应用倒脊结构和正交模式结（OMJ）来进行平衡馈电，在 0.8-3GHz 的频率范围内辐射特性良好。同年，西安电子科技大学的江晖设计出了一种用于近场天线测量中的 4 单元宽带双极化探头直线阵列[4]。该探头阵列的单元是由两个十字交叉的印刷振子天线组合而成，馈电方式利用巴伦进行耦合馈电，电压驻波比(VSWR)小于 3 的工作频率范围是 1.3-2.9GHz，，该探头阵列单元的加工实物图如图 1.4 所示。

双极化,宽带,高精度

图1.1 双极化电介质近场探头[1]图1.2 高精度宽带双极化探头[2]2008 年，Foged 等人设计出了一种用于球面近场和传统远场天线测量中的宽带双极化探头[3]，如图 1.3 所示。该探头通过应用倒脊结构和正交模式结（OMJ）来进行平衡馈电，在 0.8-3GHz 的频率范围内辐射特性良好。同年，西安电子科技大学的江晖设计出了一种用于近场天线测量中的 4 单元宽带双极化探头直线阵列[4]。该探头阵列的单元是由两个十字交叉的印刷振子天线组合而成，馈电方式利用巴伦进行耦合馈电，电压驻波比(VSWR)小于 3 的工作频率范围是 1.3-2.9GHz，该探头阵列单元的加工实物?
【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】：2019
【分类号】：TN820

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