Rotman lens阵列天线的研究与设计

发布时间：2017-09-09 01:52

  本文关键词：Rotman lens阵列天线的研究与设计

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【摘要】：随着射频技术、芯片集成技术以及大数据分析的不断发展,旨在提高人们生活的质量和革新生活方式的新型设备就被逐步的开发出来。而这也促使了各种自动探测技术的迅猛发展,尤其是汽车自动驾驶领域。汽车自动驾驶技术对人们未来生活的方式改变,将是划时代意义的,尤其是交通事故频发的中国而言,其意义将更加明显。然而这项技术也面临着一些困难,比如探测雷达装置的大规模应用中,雷达的性能如何改善和雷达的体积如何缩小。而本论文提出了一种设计方法,使用Rotman透镜来代替传统的雷达天线的馈电网络,以达到简化雷达的结构和提高雷达天线设备的性能。本文首先介绍了Rotman透镜的发展历程及现状,结合实际的应用需求提出了本论文的设计目标。然后本文讨论了Rotman透镜端接的阵列天线需要满足的宽频带的特性,对比分析将Vivaldi天线作为其端接阵列单元,然后完成了Vivaldi天线的原理分析和设计仿真。随后从Rotman透镜的等光程原理出发,定量分析了其满足的设计方程,并在参考设计目标的情形下,对各个影响Rotman透镜性能和尺寸的参变量进行了定性分析,最终得出理论上最合理的设计初值。而Rotman透镜的设计实现靠单一的电磁仿真软件是无法做到的,本论文采取了MATLAB-HFSS-API的程序包将设计计算和建模仿真结合到了一起。给出了MATLAB计算的几何原图,并使用电磁仿真软件HFSS中实现了建模仿真。而仿真之前需要对模型进行细化处理,比如在虚拟匹配端口处端接匹配电阻,Rotman透镜与阵列单元Vivaldi天线的连接。之后完成了对Rotman透镜的整体仿真,并在分析仿真结果的基础上,对模型进行了优化,最终达到了设计的指标。通过加工测试,本文设计的Romtan lens天线基本吻合仿真的指标,在较宽的频带范围内,回波损耗保持在-10dB以内,而在扫描角度范围内,增益保持稳定。
【关键词】：雷达天线 Rotman透镜 Vivaldi天线 MATLAB-HFSS-API
【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】：TN820
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 研究背景及意义10-13
• 1.2 Rotman lens的发展历程和现状13-15
• 1.3 研究内容和研究目标15
• 1.4 论文的整体安排15-17
• 第二章 端接Vivaldi天线的设计与仿真17-38
• 2.1 Vivaldi天线相关特性介绍18-23
• 2.1.1 Vivaldi天线的宽带性能19-21
• 2.1.2 Vivaldi天线的电流分布21-23
• 2.2 Vivaldi天线的结构设计23-27
• 2.2.1 Vivaldi天线介质基板的选择23-24
• 2.2.2 Vivaldi天线馈电槽线的设计24-25
• 2.2.3 Vivaldi天线的阻抗匹配设计25-26
• 2.2.4 Vivaldi天线的指数渐变槽线的设计26
• 2.2.5 Vivaldi天线及Rotman透镜所使用的微带传输线的分析设计26-27
• 2.3 Vivaldi天线的仿真和结果分析27-37
• 2.3.1 Vivaldi天线初始值确定27-28
• 2.3.2 Vivaldi天线的馈电结构仿真28-29
• 2.3.3 宽频带馈电网络的匹配段仿真29-30
• 2.3.4 槽线和微带相交点四分之一波长段的延生结构设计仿真30-32
• 2.3.5 Vivaldi天线渐变槽线的仿真32-33
• 2.3.6 Vivaldi天线修改与优化仿真33-37
• 2.4 本章小结37-38
• 第三章 Rotman lens的研究及建模仿真38-55
• 3.1 Rotman lens的研究38-45
• 3.1.1 透镜天线的分类38-39
• 3.1.2 Rotman透镜天线39-40
• 3.1.3 Rotman透镜的等光程方程40-42
• 3.1.4 Rotman透镜变量关系分析和尺寸确定42-45
• 3.2 Rotman结构实现和仿真45-51
• 3.2.1 Rotman透镜的脚本程序45-47
• 3.2.2 Rotman透镜的脚本的运行结果47-49
• 3.2.3 Rotman透镜的HFSS仿真分析49-51
• 3.3 Rotman透镜的结果分析与修改51-53
• 3.4 本章小结53-55
• 第四章 Rotman透镜与Vivaldi阵列天线整体实现与仿真55-64
• 4.1 Rotman透镜天线的设计55-61
• 4.1.1 Rotman透镜天线的阵列间距的设计55-56
• 4.1.2 Rotman透镜结构的虚拟匹配端口的设计56-57
• 4.1.3 Rotman透镜结构与阵列天线的连接器的设计57-61
• 4.2 Rotman透镜天线的初步仿真及结果分析61
• 4.3 Rotman透镜天线的小型化61-62
• 4.4 Rotman透镜天线结果分析62-63
• 4.5 本章小结63-64
• 第五章 实物加工测试及结果分析64-68
• 5.1 测试环境介绍64
• 5.2 天线的测试与结果分析64-67
• 5.3 本章小结67-68
• 第六章 总结与未来展望68-70
• 致谢70-71
• 参考文献71-74
• 附录74-88

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本文编号：817607