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毫米波单脉冲天馈系统研究

作　者: 许慎恒
导　师: 窦文斌
学　校: 东南大学
专　业: 电磁场与微波技术
关键词: 毫米波单脉冲天馈卡塞格伦天线波导不连续性有限元法 Helmholtz方程弱形式
分类号: TN820
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
下　载: 374次
引　用: 3次
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内容摘要

毫米波系统有许多明显的优点,如可以使元部件小型化,增加系统带宽,提供更高的分辨率,以及受大气条件的影响较小等。卡塞格伦天线是一种双反射面天线,其特点是高增益、锐波束、低旁瓣、设计灵活。单脉冲比较器采用同时比较波瓣法,跟踪速度快,精度高,抗干扰能力强。因此,在毫米波频段跟踪雷达的设计中,采用卡塞格伦反射面的单脉冲天馈系统有望获得较好的性能。本文采用几何光学法,说明标准卡塞格伦天线的工作原理,分析其几何参数关系;根据等效原理,采用等效抛物面法和口径场法,分析标准卡塞格伦天线的性能;采用和差信号法,分析、比较四喇叭馈源和五喇叭馈源的单脉冲天线的性能;通过数值计算和计算机模拟,设计制作了毫米波频段卡塞格伦单脉冲天线,并进行了实验。单脉冲天馈系统和差网络涉及多种波导连接的不连续性问题。波导不连续性分析是微波毫米波无源部件设计的关键。长久以来,各国学者在此方面进行了大量的理论与实验研究,提出了许多分析方法。目前常用的方法有变分法、有限元法、边界元法、时域有限差分法等。其中,传统的有限元法是以变分方程为基础,其变分方程必须根据具体处理的问题,引入不同的内积定义来导出,而且必须有求极值的步骤。本文引入一种全新的方法——基于Helmholtz方程弱形式的有限元法,来分析计算波导中的不连续性问题。它没有传统有限元法的这些要求,可以统一处理各种不连续性问题。本文首先介绍基于Helmholtz方程弱形式的有限元法的分析步骤,然后采用该方法分别对H面波导T结和90度H面波导弯头的二维不连续性问题进行理论分析与计算,数值结果与文献资料数据吻合,验证了该方法解决波导不连续性问题的有效性,为将来对单脉冲和差网络的分析与设计,打下了坚实的基础。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-9
第一章绪论  9-12
  1.1 课题背景  9-10
  1.2 课题研究的历史与现状  10-11
  1.3 本文工作的目标  11-12
第二章卡塞格伦天线  12-29
  2.1 天线理论  12-16
    2.1.1 天线  12
    2.1.2 辐射积分  12-14
    2.1.3 场等效性原理  14-15
    2.1.4 几何光学法  15-16
  2.2 抛物面天线  16-20
    2.2.1 工作原理  16-17
    2.2.2 口径场法  17-20
    2.2.3 主极化与交叉极化  20
  2.3 卡塞格伦天线  20-26
    2.3.1 工作原理  20-21
    2.3.2 几何参数  21-23
    2.3.3 等效抛物面原理  23-24
    2.3.4 馈源  24-25
    2.3.5 远区辐射场  25-26
    2.3.6 参数选择原则  26
  2.4 设计结果  26-29
第三章单脉冲天线  29-47
  3.1 单脉冲天线的工作原理  29-33
    3.1.1 引言  29
    3.1.2 横向偏焦抛物面天线口径面上场的相位偏移  29-31
    3.1.3 工作原理  31-33
    3.1.4 主要参数  33
  3.2 单脉冲天线的分析  33-36
    3.2.1 分析方法  33
    3.2.2 和差矛盾与最佳馈源概念  33-34
    3.2.3 影响单脉冲天线精度的主要因素  34-36
  3.3 单脉冲天线的实用馈源  36-38
    3.3.1 多喇叭馈源  36-37
    3.3.2 多模馈源  37
    3.3.3 其它形式的馈源  37-38
  3.4 设计结果  38-45
    3.4.1 四喇叭馈源的单脉冲天线  38-39
    3.4.2 四喇叭馈源的容差分析  39-41
    3.4.3 五喇叭馈源的单脉冲天线  41-43
    3.4.4 五喇叭馈源的容差分析  43-45
    3.4.5 实验结果  45
  3.5 结论  45-47
第四章 Helmholtz方程弱形式  47-60
  4.1 引言  47
  4.2 有限元法  47-49
    4.2.1 引言  47-48
    4.2.2 有限元法的基本步骤  48-49
  4.3 基于Helmholtz方程弱形式的有限元法分析计算波导不连续性问题  49-59
    4.3.1 Helmholtz方程弱形式  49-50
    4.3.2 H面波导T结分析  50-58
    4.3.3 90度H面波导弯头分析  58-59
  4.4 结论  59-60
结束语  60-61
致谢  61-62
参考文献  62-64
在校期间发表论文  64

毫米波单脉冲天馈系统研究

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