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多波束龙伯透镜天线技术研究

作　者: 刘璟
导　师: 杨仕文
学　校: 电子科技大学
专　业: 电磁场与微波技术
关键词: 龙伯透镜 高性能馈源 多波束天线 馈源偏焦 圆柱谐振腔
分类号: TN821.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


龙伯透镜天线是一种球形的分层介质透镜天线,其主要特点是能够把入射波聚焦到球表面一点。由于龙伯透镜天线自身的球对称性和良好的天线性能参数使得其具有多波束、宽频带、宽扫描角范围、造价低等优点,因此在卫星通信、导航、雷达抗干扰技术等领域中得到了广泛的应用。本文针对船载多波束龙伯透镜天线中的部分关键技术开展了相关的研究工作,主要内容包括:本文首先介绍了龙伯透镜天线技术的研究意义和现状,对龙伯透镜天线的工作原理进行了阐述,并对分析求解及优化设计龙伯透镜的方法进行了概述。其次,在龙伯透镜天线的高效馈源优化设计方面,本文设计出并加工、测试了Ku双频段高效波纹喇叭馈源。其中馈电部分采用双探针正交馈电的方式实现收发正交极化,辐射口面采用波纹开槽形式的喇叭,且在收发频段内可以形成具有良好的旋转轴对称性、低副瓣、低交叉极化等辐射特性。相对于原有Ku频段介质杆喇叭馈源而言,不存在介质损耗,且用于同一龙伯透镜的整体天线效率要有所提高。第三,在多波束龙伯透镜天线的Ku、Ka频段馈源同时收发同一颗卫星方面,针对多个馈源的简单聚集会导致波束偏焦的现象,本文提出了一种馈源组阵的馈电方式,并在此基础上对原有设计的Ku、Ka馈源辐射口面进行改进以减小阵列间距,从而部分解决了波束偏焦现象。第四,针对龙伯透镜介质材料介电参数测量的问题,设计并加工了用于测量低损耗介质材料复介电常数的圆柱谐振腔,通过选用基于高Q腔原理的TE01n模圆柱腔对介质材料进行测量,且测试准确度较高。最后,通过仿真研究了加地板的半球透镜天线形式,在不降低增益的情况下相比全球透镜而言减小了天线的纵向尺寸并且安装方便。此外,本文也给出了一种可行的船载多波束龙伯透镜天线卫星跟踪系统方案,具有较高的工程应用价值。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 引言  9-17
  1.1 龙伯透镜天线的研究背景和意义  9-11
  1.2 国内外研究进展  11-15
    1.2.1 龙伯透镜国内外研究现状及进展  11-14
    1.2.2 高效率馈源概述  14-15
  1.3 本文的主要内容和安排  15-17
第二章 龙伯透镜天线工作原理及分析优化方法  17-24
  2.1 透镜天线的分类及工作原理  17-18
  2.2 龙伯透镜工作原理  18-20
  2.3 龙伯透镜的求解分析方法  20-22
    2.3.1 几何光学法  20-21
    2.3.2 矢量波函数展开法  21-22
  2.4 差分进化优化算法简介  22-23
  2.5 本章小结  23-24
第三章 双频段高效馈源设计  24-42
  3.1 透镜对馈源的要求及技术指标  24-25
  3.2 双频段馈源的设计方案  25-26
  3.3 高效波纹喇叭的原理与设计  26-30
  3.4 双频段馈源馈电结构的设计  30-32
  3.5 波纹喇叭馈源的整体仿真  32-35
  3.6 线极化馈源的实物加工与测试  35-41
  3.7 本章小结  41-42
第四章 多频段龙伯透镜天线馈源阵列设计与分析  42-53
  4.1 多频段波束偏焦现象  42-43
  4.2 馈源偏焦的仿真与分析  43-45
  4.3 多频段馈源阵列的分析设计  45-52
    4.3.1 Ku、Ka 馈源的改进  45-50
    4.3.2 馈源组阵技术  50-52
  4.4 本章小结  52-53
第五章 测量透镜材料介质参数的高Q 值圆柱腔设计  53-64
  5.1 电介质材料复介电常数的常用测量方法  53
  5.2 圆柱谐振腔测试原理  53-55
  5.3 圆柱谐振腔的腔体设计  55-61
    5.3.1 TE0111 模特点  55-57
    5.3.2 圆柱腔尺寸、耦合装置及后腔设计  57-58
    5.3.3 利用HFSS 仿真验证  58-61
  5.4 腔体实物加工与测试  61-63
  5.5 本章小结  63-64
第六章 多波束龙伯透镜天线设计  64-73
  6.1 龙伯透镜的设计方法  64-66
  6.2 加金属地板的半球龙伯透镜  66-69
  6.3 多波束卫星跟踪系统概述  69-72
  6.4 本章小结  72-73
结束语  73-74
致谢  74-75
参考文献  75-78
攻读硕士学位期间的研究成果  78-79

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线电设备、电信设备 > 天线 > 天线：按工作原理分 > 透镜天线
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