透射型平面空馈阵列天线研究

摘要

透射型平面空馈阵列天线是平面空馈阵列天线领域中一类具有广阔应用前景的高增益天线，它将传统透镜天线和平面微带阵列天线的优点相结合，消除了传统透镜天线曲面结构带来的不便，继承其固有优势，具有馈电简单、结构轻便、透射表面相对于反射表面对加工精度要求更低等优点，也为极化转换与波束赋形等扩展功能预留了发展空间。透射型平面空馈阵列天线的一种主要设计方法为使用多层频率选择表面作为天线表面单元结构进行组阵，本文分析了透射型平面空馈阵列天线单元的设计方法、相位补偿原理以及阵列天线的一般设计原则，针对传统多层透射阵列天线单元结构复杂，纵向剖面高等缺陷进行改进，主要完成了以下工作内容： 本文研究内容共分为三大部分，第一部分主要研究了透射型平面空馈阵列天线表面单元的设计方法，针对多层透射型平面空馈阵列天线纵向剖面高、结构复杂等缺陷，设计了一款单层纯金属天线表面单元，并对单元性能进行仿真优化，将其用于透射型平面分束阵列天线的设计中；在此基础上将两层单层纯金属表面单元组合为双层天线表面单元，该双层天线表面单元在满足透射性能的同时在两个正交极化方向上的透射波相位相差180度，将其用于透射型平面聚束阵列天线的组阵。 本文第二部分主要研究了透射型平面聚束阵列天线，首先将单层表面单元通过旋转相位调制技术组成了两种阵列单元相同，相位补偿旋向相反的单层极化转换阵列，并将这两种单层极化转换阵列在左旋圆极化和右旋圆极化两种馈源天线下的四种工作情况进行对比；在此基础上，将双层表面单元通过旋转相位调制技术组阵为一款可以工作于左旋圆极化、右旋圆极化两种入射波状态下，具有极化转换与波束汇聚功能的低剖面双层透射型平面聚束阵列天线，在完成设计之后对天线进行了加工测试以验证其功能。 本文第三部分主要研究内容为透射型平面分束阵列天线，将所设计的单层表面单元应用在透射型平面分束阵列天线上，设计了一款可以工作于线极化、左旋圆极化、右旋圆极化三种入射波状态下的透射型平面分束阵列天线，该款天线通过相位调节设定分离透射波束的波束指向，将入射波分离为极化形式与入射波不同的两种透射波束。在优化天线各项性能指标之后，对天线进行了加工，通过测试验证了所设计的透射型平面分束阵列天线的可行性与稳定性。

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