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《毫米波太赫茲圓極化天線及陣列研究.docx》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。
1、毫米波/太赫茲圓極化天線及陣列研究近年來(lái),毫米波/太赫茲頻段在科學(xué)理論和工程應(yīng)用上備受關(guān)注。毫米波/太赫茲頻段具有絕對(duì)帶寬大、波長(zhǎng)小的特點(diǎn),可用來(lái)實(shí)現(xiàn)高速/超高速無(wú)線通信、小型化高清成像雷達(dá)等。天線作為無(wú)線通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件之一,對(duì)毫米波/太赫茲應(yīng)用的發(fā)展起著決定性作用。另一方面,相對(duì)于線極化天線,圓極化天線在減小信道極化失配、抑制多徑干涉等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。面臨著高工作頻率和大工作帶寬的要求,如何有效地設(shè)計(jì)毫米波/太赫茲圓極化天線面臨諸多挑戰(zhàn),且成為學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的研究熱點(diǎn)。本論文主要研究了背腔式交叉偶極子在毫米波頻段的應(yīng)用、高性能圓極化毫米波天線的設(shè)計(jì)方法(分別針對(duì)寬軸比波束寬度、大軸比
2、帶寬、低成本、高增益的特性)、太赫茲圓極化天線陣的設(shè)計(jì)方法。本論文的主要?jiǎng)?chuàng)新工作有:1.提出了一種背腔式交叉偶極子在Ka頻段的實(shí)現(xiàn)方法。針對(duì)交叉偶極子在毫米波頻段饋電難的問(wèn)題,首次提出了集成饋電巴倫和交叉偶極子于同一介質(zhì)基板的分離式交叉偶極子結(jié)構(gòu);同時(shí),為了更好的天線電性能和機(jī)械強(qiáng)度,交叉偶極子放置于帶有脊的圓柱腔體上;詳細(xì)分析了分離式交叉偶極子實(shí)現(xiàn)圓極化輻射機(jī)理。測(cè)試結(jié)果表明,提出的天線在Ka頻段內(nèi)實(shí)現(xiàn)了30.7%的3dB軸比帶寬、13.9dBi的頻帶內(nèi)最高增益、穩(wěn)定的輻射方向圖。2.提出了一種具有寬軸比波束的圓極化天線的設(shè)計(jì)方法。以末端開(kāi)放的橢圓波導(dǎo)腔作為天線輻射口徑,分析橢圓波導(dǎo)的兩個(gè)正
3、交模式在口徑面上的場(chǎng)分布,通過(guò)近遠(yuǎn)場(chǎng)變換優(yōu)化遠(yuǎn)場(chǎng)圓極化輻射特性;詳細(xì)分析了波導(dǎo)口徑尺寸、正交模式的幅度比和相位差對(duì)軸比波束寬度的影響;以交叉偶極子為該腔體天線的激勵(lì)源,通過(guò)介質(zhì)集成波導(dǎo)寬邊的縫隙耦合饋電。在60GHz頻段,設(shè)計(jì)、加工、測(cè)試了該波導(dǎo)腔體天線;實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該天線在60GHz頻點(diǎn)xz和yz平面上,可分別實(shí)現(xiàn)134°和172°的3dB軸比波束寬度。3.從寬軸比帶寬的角度出發(fā),提出了一種偶極子激勵(lì)的橢圓柱背腔天線。偶極子極化方向與橢圓柱腔體的長(zhǎng)軸有一定夾角,可激勵(lì)起橢圓柱腔體的兩個(gè)正交模式;通過(guò)優(yōu)化夾角、偶極子在腔體內(nèi)高度、腔體的尺寸,實(shí)現(xiàn)具有寬軸比頻帶寬度的圓極化天線。在毫米波頻段設(shè)
4、計(jì)、加工、測(cè)試了該天線;實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,提出的天線3dB軸比頻帶為50~62.8GHz。4.從低成本、易集成的角度出發(fā),提出了工作在60GHz頻段的一種貼片-槽偶極子圓極化天線。貼片偶極子通過(guò)T型帶線耦合饋電,槽天線通過(guò)從貼片偶極子兩臂上分別引出的帶線直接差分饋電;同時(shí),通過(guò)增加金屬化過(guò)孔構(gòu)成的圓柱背腔抑制表面波,提高天線輻射效率。天線印制在單層介質(zhì)基板上,利用傳統(tǒng)印刷電路板刻蝕技術(shù)實(shí)現(xiàn)。測(cè)試結(jié)果表明,該天線在56.2~65GHz頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了小于3dB的軸比、穩(wěn)定的輻射方向圖、良好的阻抗匹配。5.從高增益的角度出發(fā),提出了一種毫米波圓極化漏波天線。利用帶有地板的金屬帶線格柵結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)漏波輻射;
5、通過(guò)分析口徑場(chǎng)分布,圓極化漏波天線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為阿基米德螺旋帶線,通過(guò)作為單極子的同軸探針在天線結(jié)構(gòu)中心饋電;根據(jù)優(yōu)化的仿真結(jié)果,加工、測(cè)試了該天線;實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,所提出的無(wú)需饋電網(wǎng)絡(luò)的漏波天線在60.5GHz可以實(shí)現(xiàn)最高24.52dBi增益。6.提出了兩種太赫茲圓極化貼片天線陣。第一種是利用金屬盲孔陣結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)表面等離子體波導(dǎo)為饋線,以傾斜的矩形貼片為輻射單元,實(shí)現(xiàn)了基于準(zhǔn)表面等離子體波導(dǎo)的頻率掃描太赫茲圓極化天線陣;在微波頻段,設(shè)計(jì)、加工、測(cè)試了該圓極化天線陣來(lái)驗(yàn)證所提出的方法。第二種是以內(nèi)嵌介質(zhì)波導(dǎo)為饋電網(wǎng)絡(luò)的平面圓極化貼片天線陣,圓極化輻射單元為分布在內(nèi)嵌介質(zhì)波導(dǎo)槽兩側(cè)的矩形貼片和圓形貼片組
6、成的混合貼片單元;饋電網(wǎng)絡(luò)由一分四功分器和四個(gè)內(nèi)嵌介質(zhì)波導(dǎo)組成,實(shí)現(xiàn)并聯(lián)-串聯(lián)組合饋電;根據(jù)硅基微加工工藝,設(shè)計(jì)、仿真了該太赫茲天線陣;仿真結(jié)果表明,該天線陣在296~304GHz頻帶內(nèi)側(cè)射方向上軸比小于3dB,平均輻射效率為34.3%,在300GHz可實(shí)現(xiàn)17.14dBi的增益。聯(lián)聯(lián)聯(lián)
