平面喇叭天线的研究与应用

发布时间：2017-10-19 22:05

  本文关键词：平面喇叭天线的研究与应用

  更多相关文章： 喇叭天线 基片集成波导 相位矫正 幅度矫正 口径效率 对跖线性渐变槽线天线 水平极化 垂直极化 圆极化 平面馈电 阵列天线

【摘要】：喇叭天线是微波天线家族中最经典、最简单、最广泛使用的天线之一。随着现代微波毫米波电路与系统的不断发展,要求其体积小型化、重量轻量化以及成本低廉化等,然而传统三维金属壁喇叭天线由于体积庞大、重量笨重以及不易集成等因素,限制了喇叭天线在现代微波毫米波电路与系统中的应用与发展。随着二十一世纪初基片集成波导技术的提出和发展,喇叭天线得以以平面形式在普通印刷电路板上实现,即基片集成喇叭天线,基片集成喇叭天线具有增益高、功率容量高、损耗小、体积小、重量轻、加工制作工艺简单、成本低廉等优点,而且可以与有源电路集成在一整块电路板上,使得整个微波毫米波系统小型化、一体化。但是目前基片集成喇叭天线还存在一些问题亟需解决,如：天线口径面上的相位分布不均匀,导致喇叭天线口径效率低,增益低等;其次电薄基片的基片集成喇叭天线的匹配和辐射特性较差；另外现有的基片集成喇叭天线的极化方向只能产生垂直方向的极化波；再就是现有基片集成喇叭作为阵列天线的平面馈电结构,为了保证适当的馈电相位,需要在基片集成喇叭天线口径外侧使用额外结构。针对上述问题,本论文的主要工作如下：1)提出了金属化过孔阵列和间隙波导两种结构用于矫正基片集成喇叭天线口径上的相位分布的不均匀,提高口径效率和天线增益。金属化过孔阵列相位矫正法是在基片集成喇叭天线内部内嵌多排金属化过孔的阵列,借助基片集成波导中电磁波相位速度与基片集成波导的宽度的关系,通过改变金属化过孔阵列的位置和长度,控制基片集成喇叭天线内部的电磁波的传输速度,使得电磁波最终同相地到达喇叭的口径面；间隙波导相位矫正法是利用不对称间隙基片集成波导的相位特性,采用多个不对称间隙,使所有电磁波同相到达喇叭的口径面。这两种相位矫正结构不仅可以矫正天线口径面上的相位分布,而且还可以控制天线口径面上的幅度分布,这两种相位幅度较正技术都可以提高增益2 dB到3 dB。这些技术的应用不仅可大大提高基片集成喇叭天线的效率、增益等性能指标,更重要的是这些相位幅度矫正结构都是位于基片集成喇叭天线的内部,不会额外增加基片集成喇叭天线的体积尺寸,可以保持其紧凑的结构。2)提出了一种水平极化的薄基片集成喇叭天线。该天线是在喇叭口径上加载一种小型化的对跖线性渐变槽线阵列(ALTSA),ALTSA能够把喇叭天线的垂直极化转变为水平极化,而且能够改善薄基片基片集成喇叭天线的匹配。为了减少ALTSA的尺寸,在基片集成喇叭内部嵌入了金属化过孔阵列来引导馈电电流以合适的方向流向ALTSA阵元,可以使得ALTSA单元天线的纵向和横向尺寸分别减小至0.19λ0和0.35λ0,而且还可以同时矫正基片集成喇叭口径面上的相位和幅度分布的均匀性,提高基片集成喇叭的口径效率和增益。设计了一款加载了小型化的1×8 ALTSA的薄基片集成喇叭天线；此外,在水平极化薄基片集成喇叭天线的基础上,还设计了1×8LTSA加载的垂直极化薄基片集成喇叭天线和1×8十字型LTSA加载的圆极化薄基片集成喇叭天线,拓展了基片集成喇叭天线在多极化系统中的应用。3)基片集成喇叭馈电的平面天线阵列。应用基片集成波导内部的相位和幅度的矫正结构,分别设计了三种基片集成喇叭馈电的1×8 ALTSA天线、1×8印刷对数周期偶极子阵列天线、1×8印刷准八木阵列天线,该基片集成喇叭形式的平面馈电结构相比于经典的1×8基片集成波导功分器馈电结构具有结构更加紧凑、损耗低、口径效率和口径利用率高,以及阵元个数灵活等优势。上述工作在保持基片集成波导天线结构紧凑特点的同时,不仅改善和提高了天线的性能,而且还拓展了基片集成波导天线的功能,使之具有多种极化的特性。这些工作丰富了基片集成波导天线的应用领域,所提出的相位幅度校正方法也可以用于其它应用场合。
【关键词】：喇叭天线 基片集成波导 相位矫正 幅度矫正 口径效率 对跖线性渐变槽线天线 水平极化 垂直极化 圆极化 平面馈电 阵列天线
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN823
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-31
• 1.1 研究背景11-13
• 1.2 主要研究内容的发展和现状13-20
• 1.2.1 基片集成喇叭天线口径相位矫正与增益增强13-16
• 1.2.2 薄基片集成喇叭天线的辐射和极化特性16-18
• 1.2.3 基片集成喇叭天线的馈电应用18-20
• 1.3 论文研究内容及意义20-21
• 1.4 论文组织结构21-22
• 参考文献22-31
• 第二章 平面喇叭天线相位矫正技术的研究31-73
• 2.1 引言31
• 2.2 金属化过孔阵列的相位矫正技术31-46
• 2.2.1 原理分析32-34
• 2.2.2 天线设计34-35
• 2.2.3 仿真结果35-39
• 2.2.4 测试结果39-44
• 2.2.5 讨论与结论44-46
• 2.3 间隙波导的相位矫正技术46-70
• 2.3.1 原理分析46-58
• 2.3.2 天线设计58-62
• 2.3.3 仿真结果62-65
• 2.3.4 测试结果65-69
• 2.3.5 讨论与结论69-70
• 2.4 本章小结70-71
• 参考文献71-73
• 第三章 水平极化平面喇叭天线的研究73-99
• 3.1 引言73
• 3.2 传统薄基片集成喇叭天线73-74
• 3.3 对跖线性渐变槽线天线74-77
• 3.4 ALTSA加载的薄基片集成喇叭天线77-86
• 3.4.1 ALTSA的小型化77-83
• 3.4.2 弱辐射特性的分析83-86
• 3.5 改进的ALTSA加载薄基片集成喇叭天线86-95
• 3.5.1 金属化过孔阵列的设计86-88
• 3.5.2 改进的基片集成喇叭的仿真结果88-91
• 3.5.3 改进的ALTSA加载的薄基片集成喇叭天线结果91-95
• 3.6 本章小结95-97
• 参考文献97-99
• 第四章 平面喇叭天线的应用99-129
• 4.1 引言99
• 4.2 平面喇叭在多极化系统中的应用99-108
• 4.2.1 垂直极化的平面喇叭天线99-103
• 4.2.2 圆极化的平面喇叭天线103-108
• 4.3 平面喇叭在平面馈电中的应用108-125
• 4.3.1 在ALTSA天线中的应用108-116
• 4.3.2 在对数周期偶极子阵列天线中的应用116-121
• 4.3.3 在准八木阵列天线中的应用121-125
• 4.4 本章小结125-126
• 参考文献126-129
• 第五章 总结与展望129-131
• 5.1 总结129-130
• 5.2 展望130-131
• 致谢131-133
• 攻读学位期间取得的研究成果133-134

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 翁呈祥;高玉良;许明;廖伟;蔺美青;;超宽带双脊喇叭天线的设计[J];压电与声光;2011年02期

2 轩辕韵佳;杨张帆;刘杰;何章仪;;喇叭天线端射辐射特性试验分析[J];中国水运(下半月);2013年01期

3 信美华;肖宪东;;喇叭天线设计与应用[J];信息通信;2013年03期

4 宋斌,傅君眉;喇叭天线的数值研究[J];电子科学学刊;1992年02期

5 刘培国,刘克成,何建国,张光甫;加脊喇叭天线的时域分析[J];国防科技大学学报;2000年01期

6 曹祥玉,高军,梁昌洪;双扼流环多模喇叭天线研究[J];西安电子科技大学学报;2000年05期

7 李强;龚书喜;贺秀莲;;宽带加脊喇叭天线的分析与设计[J];空间电子技术;2006年S1期

8 刘秀祥;雷振亚;谢拥军;杨锐;;“飘带”式喇叭天线特性研究[J];现代电子技术;2010年03期

9 黄凯冬;;标准增益喇叭天线的准确定标测量[J];国外电子测量技术;2010年09期

10 刘秀祥;雷振亚;王永光;王俊鹏;胡海鹏;;一种改进型超宽带喇叭天线[J];电子科技;2011年08期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 刘英;龚书喜;;一种新型喇叭天线研究[A];2009年全国天线年会论文集（上）[C];2009年

2 向坤;张安学;徐卓;蒋延生;;利用超介质提高喇叭天线的口面效率研究[A];2009年全国天线年会论文集（下）[C];2009年

3 殷兴辉;;一种新的圆锥喇叭天线最佳综合方法[A];1995年全国微波会议论文集（上册）[C];1995年

4 陈小强;许庆丰;;毫米波高增益四脊喇叭天线设计[A];2009年全国天线年会论文集（下）[C];2009年

5 杨虎;毛钧杰;綦凌飞;;毫米波宽带四加脊圆锥喇叭天线研究[A];1999年全国微波毫米波会议论文集(下册)[C];1999年

6 徐风清;王建;;一种宽带毫米波全向双锥喇叭天线研究[A];2007年全国微波毫米波会议论文集（上册）[C];2007年

7 吴巍;;一种宽带圆极化喇叭天线的设计实现[A];2007年全国微波毫米波会议论文集（上册）[C];2007年

8 唐益民;;非平面波介质透镜的设计及应用[A];1997年全国微波会议论文集(下册)[C];1997年

9 张智军;;宽带加脊喇叭天线研究[A];1991年全国微波会议论文集（卷Ⅱ）[C];1991年

10 蒋颉;刘培国;何建国;;宽频带、双极化、四脊喇叭天线的设计[A];2009年全国天线年会论文集（下）[C];2009年

中国重要报纸全文数据库 前1条

1 江西 胡安华;自制卫视接收的喇叭天线[N];电子报;2006年

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 王磊;平面喇叭天线的研究与应用[D];东南大学;2015年

2 特尼格尔;超宽带介质加载喇叭天线研究[D];哈尔滨工业大学;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 刘秀祥;高功率超宽带喇叭天线研究[D];西安电子科技大学;2011年

2 刘红;矩形喇叭天线测量结果及噪声的分析与研究[D];山东师范大学;2011年

3 张扬;超宽带变形TEM喇叭天线及阵列的小型化研究[D];西南交通大学;2015年

4 杨康;超宽带双脊喇叭天线的设计方法[D];中国舰船研究院;2015年

5 王心洋;基于多层技术的毫米波喇叭天线及其阵列研究[D];电子科技大学;2014年

6 陈彪;超宽带加脊喇叭天线的设计与研究[D];华东师范大学;2011年

7 李萌;馈源喇叭天线的研究[D];西安电子科技大学;2010年

8 刘密歌;超宽带双脊喇叭天线的研究与设计[D];西北工业大学;2007年

9 刘伟;超宽带双脊喇叭天线的设计与分析[D];西安理工大学;2008年

10 索莹;喇叭天线超宽带技术的研究[D];哈尔滨工业大学;2007年

，

本文编号：1063572