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毫米波圆极化宽波束波导缝隙天线研究

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摘要

图表目录

1 绪论

1.1 引言

1.2 课题研究意义和应用前景

1.3 国内外研究现状

1.4 论文主要内容和章节安排

2 天线理论基础

2.1 引言

2.2 理想缝隙天线

2.2.1 理想缝隙天线辐射特性

2.2.2 理想缝隙天线阻抗特性

2.3 波导缝隙天线

2.3.1 波导缝隙辐射原理

2.3.2 缝隙等效电路

2.3.3 缝隙等效电阻(电导)表达式

2.4 天线极化特性

2.5 天线其他性能参数

2.5.1 方向性系数和方向图

2.5.2 增益系数

2.5.3 输入阻抗

2.5.4 频带宽度

2.6 小结

3 毫米波圆极化波导缝隙天线单元设计

3.1 引言

3.2 毫米波圆极化波导缝隙天线单元设计

3.2.1 天线结构

3.2.2 圆极化实现

3.2.3 参数特性研究

3.2.4 设计仿真结果

3.3 毫米波圆极化波导缝隙天线单元实验结果

3.3.1 加工设计

3.3.2 圆极化测试

3.3.3 测试结果与分析

3.4 小结

4 毫米波圆极化宽波束天线设计

4.1 引言

4.2 圆极化波导缝隙天线单元改进结构实现宽波束

4.2.1 天线结构及原理

4.2.2 线极化宽波束实现

4.2.3 圆极化宽波束实现

4.3 圆极化波导缝隙天线单元拼接结构实现“8”字形波束

4.3.1 圆极化单元拼接设计

4.3.2 波导分支结构设计

4.3.3 拼接结构圆极化宽波束设计

4.4 小结

5 总结与展望

5.1 本文小结

5.2 未来工作展望

参考文献

作者简历及在学期间所取得的科研成果

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摘要

毫米波波导缝隙天线具有结构紧凑、馈电损耗低、辐射效率高、功率容量大和可靠性高等优点,在诸如国防军事、卫星导航等领域有着非常广泛的应用。本文旨在研究波导缝隙天线的圆极化和宽波束特性,首先提出一种新型毫米波圆极化波导缝隙天线结构,完成仿真设计和实物测试,随后在此基础上,对天线宽波束实现进行讨论研究,提出两种新型天线结构,分别实现宽波束和水平面内“8”字形波束,根据不同的应用需求对两种天线方案加以选择。具体研究工作如下:
  1.设计了一种新型的毫米波圆极化波导缝隙天线结构。天线包含一个矩形馈电波导和一个天线辐射单元,矩形馈电波导一端为馈电端,另一端短路,宽壁上开有十字耦合缝隙,天线辐射单元由一个矩形辐射腔体和上表面的L形转角槽构成。矩形馈电波导宽壁上的十字耦合缝隙耦合能量到天线辐射腔,激励L形转角槽结构向自由空间辐射圆极化波。该天线结构圆极化性能良好,尺寸小,为全金属结构,可应用于恶劣环境。本文对该天线结构进行原理和结构介绍,讨论及优化了其结构参数,设计实现圆极化结构,并进行实物加工测试,验证了天线结构的正确性。天线中心工作频率设计为30GHz,圆极化带宽实现300MHz,增益大于8dBi,天线方向图均匀。
  2.在实现毫米波圆极化波导缝隙天线基础上,对天线波束进行讨论研究,提出两种新型天线结构,分别实现宽波束和水平面内“8”字形波束。第一种结构对圆极化天线单元辐射槽结构进行改进,采用带折角边的L形转角槽,并添加侧边槽结构,实现圆极化带宽150MHz,波束宽度大于100°,方向图均匀,在近半球区域内增益均大于零。第二种结构为圆极化天线单元拼接结构,采用波导分支结构馈电,实现水平面“8”字形波束形状,实现可调最大辐射方向。本文分别对这两种天线结构进行原理介绍和仿真优化,讨论研究了其各自工作特点和优劣。

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