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锥状波束Fabry-Perot腔天线研究

作　者: 王丹萍
导　师: 汪敏
学　校: 南京理工大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 锥状波束 FP腔天线高增益口径效率
分类号: TN823
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

锥状波束天线是一类波瓣图和极化方向径向对称、最大辐射方向与法线成一定倾角的天线。由于其在方位角上的全向性能够实现较大的覆盖范围,所以广泛应用于车载卫星通信、无线本地局域网和导航跟踪等系统中。Fabry-Perot天线是一种高效率的谐振腔天线,利用谐振腔对电磁波在空间上的选择作用,可实现具有给定锥角的辐射方向图。本文对锥状波束FP腔天线研究,实现高增益的锥状波束,具有重要的理论意义和工程实用价值。文章首先对FP腔天线、锥状波束天线的发展背景、研究现状和发展趋势进行了综述,论述了用FP腔结构实现锥状波束的可行性。第二章分析了锥状波束天线的形成机理,重点阐述了圆贴片模式的合理选择,从多次反射角度给出了用FP腔天线实现锥状波束的条件；进一步推导了在理想情况下均匀口径分布的锥状波束天线的最大方向性公式,为评价锥状波束天线效率提供一种新的参考：第三章展开了对锥状波束FP腔天线的设计研究,从总体结构、初级辐射源的设计、FSS盖板三部分对天线设计进行探讨,最终进行整体优化设计实现指定锥角的锥状波束,天线口径为8.25倍波长,中心工作频率为12.5GHz。其中重点阐述了基于镜像原理和缺陷模概念的单元仿真模型。第四章从极化敏感度、入射角敏感度和阵元分布三方面研究如何提高FP腔锥状波束天线的增益均一性,并进行优化设计。最后对锥状波束F-P天线进行研制,测试结果表明波束指向30度,增益达到12dBi,且增益均一性良好,30度俯仰角上的增益波动小于0.3dB,相对口径效率达17.3%。实测试结果与仿真结果具有很好的一致性。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
1 绪论  7-13
  1.1 锥状波束天线  7-11
  1.2 Fabry Perot谐振腔天线  11-12
  1.3 本文的工作  12-13
2 锥状波束天线  13-29
  2.1 圆贴片的辐射模式  13-18
  2.2 基于FP腔结构实现锥状波束的条件  18-20
  2.3 锥状波束天线最大方向性推导  20-29
    2.3.1 同幅同相的面元  20-25
    2.3.2 同幅不等相的面源  25-26
    2.3.3 场径向对称的圆口径方向图  26-29
3 空心波束FP腔天线的设计  29-43
  3.1 总体设计  29
  3.2 辐射源的设计  29-33
    3.2.1 双层贴片设计  30-31
    3.2.2 贴片上开缝隙的设计  31-33
  3.3 FSS的设计  33-40
    3.3.1 Fss周期的选择  34-35
    3.3.2 镜像原理  35-36
    3.3.3 单元结构的建模  36-38
    3.3.4 FSS表面的性质  38-40
  3.4 天线整体的优化  40-43
4 增益均一性研究  43-62
  4.1 极化敏感度的研究  43-51
    4.1.1 等长度十字缝隙的极化敏感度  43-46
    4.1.2 不等长十字缝隙的极化敏感度  46-48
    4.1.3 极化敏感度对FP腔天线波束的影响  48-51
  4.2 入射角敏感度的研究  51-56
  4.3 非周期盖板结构的研究  56-62
    4.3.1 非周期盖板的结构及仿真结果  56-58
    4.3.2 介质螺钉的影响  58-60
    4.3.3 地板的影响  60-62
5. 实物加工与测试  62-70
  5.1 天线实物  62-63
  5.2 馈源贴片的测试  63-65
  5.3 FP腔天线的测试结果  65-68
  5.4 相对口径效率  68-70
结束语  70-71
致谢  71-72
参考文献  72-76
附录  76

锥状波束Fabry-Perot腔天线研究

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