加载超介质的高增益、高方向性探地雷达天线研究

摘要

超介质是一种人工电磁材料，具有与自然物质不同的电磁特性。设计实现任意介电常数、磁导率和折射率的超介质使得超介质在微波领域的应用提供了可能，特别是超介质加载到天线上的问题得到广泛关注，研究具有重要的应用价值。
　　本文据超介质理论和天线相关理论设计了两种加载超介质天线，并且所设计的天线能够应用于探地雷达系统。针对探地雷达常用的碟形天线具有超宽带，但是方向性不好，增益有限的问题，本文提出了一种金属背腔加载到天线的背面，从而实现天线的单向辐射。尽管金属背腔的加载解决了蝶形天线的辐射单向性，但是天线的方向性有待改进，天线的半功率波瓣宽度太大使得能量辐射不集中。为此，提出了一种加载零折射率超介质的天线，使得天线的增益提高了1.725 dB。根据传统的Vivaldi天线具备超宽的特性，本文设计了一种零指数超介质，并将其嵌入到Vivaldi天线的开口处使得天线的整体结构紧凑而且体积小。与原始Vivaldi天线相比，加载超介质的Vivaldi天线的增益增加了0.9 dB-2.48 dB，而且半功率波瓣宽度减小了10度。
　　本文的主要创新点是:设计了具有特定性质的超介质，并将其加载到天线上，提高天线的方向性和增益，实现了超介质在天线上的应用潜力。

目录

声明

摘要

1．绪论

1．1 超介质简介

1．2．等效介质理论

1．3．超介质的研究现状及其在天线上的应用

1．4．本文结构

2．天线基本理论

2．1．天线辐射基本原理

2．2．天线基本参数

2．2．1 辐射模式和方向图

2．2．2 辐射强度

2．2．3 增益

2．3．基于加载超介质天线的基本理论

2．4．本章小结

3．加载零折射率超介质的蝶形天线设计

3．1．蝶形天线设计

3．2．蝶形天线测试结果分析

3．3．背腔加载

3．4．零折射率超介质的加载

3．4．1 零折射率超介质加载原理

3．4．2 零折射率超介质的模型设计

3．4．3 零折射率超介质加载到蝶形天线

3．5．本章小结

4．加载零介电常数超介质的Vivaldi天线设计

4．1．Vivaldi的介绍

4．2．零指数超介质的设计

4．3．零指数超介质加载到Vivaldi天线

4．4．电感参数的调节与多层加载超介质的讨论

4．5．本章小结

5．总结与展望

参考文献

在校期间发表的论文、科研成果等

致谢