人工调制阻抗表面天线研究

发布时间：2020-08-05 11:52

【摘要】：当代通讯技术在移动通信领域和军事领域的飞速发展,对新一代天线技术提出了更多创新型的解决方案要求。天线设计者面临的共同挑战是在保持所需辐射特性的同时,进一步加快新型天线形式的研究,对现有移动通信领域和军事领域的问题提供优良的解决方案,已经迫在眉睫。通讯技术领域的天线,往往对增益、剖面、重量等参数有明确的指标要求;军事技术领域的规定更为严格,还需考虑天线是否具有射频隐身、能否在不规则曲面进行共形的特性。传统的解决方案中,采用的大多是反射面天线、阵列天线、平面反射阵等,但他们各有利弊;随着不断的创新和改进,人工调制阻抗表面因具有剖面低、容易赋形、馈电简单、能够很好的控制极化方式和辐射方向等特点脱颖而出,得到了国内外科学家的强烈关注与研究,成为了当下主流的研究方向。本文中所研究的人工调制阻抗表面天线是光学全息天线在微波毫米波领域应用的一个分支,其分析与设计基于国内外大量的研究成果而成文。具体来说,文章采用MATLAB 2017b与Ansoft HFSS 15.0进行联合仿真,首先具体的说明了光学全息原理在亚毫米波波段的实现机理,分析了表面波到漏波的转化原理,阐述了周期调制漏波天线的实现方式。接着按照理论说明、实现步骤、具体操作及仿真分析4部分依次对标量人工阻抗调制表面、共形人工阻抗调制表面、张量人工调制阻抗表面三种全息天线进行了从原理到实现的整体实现流程。首先,标量阻抗调制表面馈电网络简单,可将表面波转化为漏波辐射到空间中去,并获得较高的增益,这部分不仅利用HFSS的本征模求解,提取了标量阻抗表面的单元阻抗,构建了标量阻抗表面天线,还讲述了多种提取表面阻抗的不同方法,最终完成了一款中心频率在10GHz,出射角度为43°,增益约23dBi的标量人工阻抗表面天线。其次,利用共形人工阻抗表面天线能够对入射波进行重定向,从而控制出射波束方向的特点,设计了一款工作在10GHz,峰值增益出射方向为0°,大小为18.43dBi的共形人工阻抗表面天线,这部分不仅率先在国内目前公开的文献中介绍了将三维条带转换为二维矩形网格的方法,而且对阻抗调制过程中三维坐标系与二维坐标系之间的关系进行了说明,利用展开平面变量之间的对应关系,最终得到共形阻抗表面的调制公式。再次,因为张量人工阻抗表面可以通过对单元结构进行各向异性处理,灵活的控制表面的极化方式,基于此介绍了PATEL提取张量阻抗单元的等效电路法,并设计了一款中心频率在9.83GHz,在47°方向上峰值增益达到18.5dBi的LHCP张量阻抗表面。通过阅读本文,可以使后来者快速了解并学习到目前国际上关于人工阻抗调制表面较为先进的理论及研究方式,为后来者提供了良好的借鉴平台。
【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】：TN823.27
【图文】：

示意图,共形,团队,柱面

但解释其设计过程的文献寥寥无几。此外，因此它们需要由诸如喇叭天线或波导缝隙的单独辐射的解决方案是直接馈电。缝隙平板波导已广泛用作漏造和馈电，然而，它们无法独立的控制相位和衰减常数息结构的改进与研究，相继采用不同的结构形式，在人出成果[19] -[24]。左）模拟等效表面阻抗，使用微波全息技术实现阻抗图（右）

张量,面结构,贴片,共形

a) 采用结构单元（左）模拟等效表面阻抗，使用微波全息技术实现阻抗图（右），全息表面（中(b) 左：单极子天线馈电的全息阻抗表面，右：共形人工阻抗表面图 1. 1 Sievenpiper 团队提出的人工阻抗表面及柱面共形示意图

表面波天线,微带阵,馈电,全息

西安电子科技大学硕士学位论文[25]，D. M. Sazonov 为全息天线的设计引入了 CAD 的机辅解决Le vis 等人提出了用离散短条代替连续圆弧设计偶极子全息天]，Sooriyadevan 学者对这一结构提出了优化方法。2004 年[28波作为全息天线的馈电网络，抑制了副瓣增益，并提高了耦合rian 等人设计的全息天线比微带天线原有性能更优，并设计了]，如图 1.3 所示。

【相似文献】