波导缝隙天线阵列及功率合成波导透镜天线的研究

摘要

波导缝隙天线阵列具有结构简单、辐射效率高、交叉极化小、易于共形以及功率容量大等优点，近年来在雷达、航海以及各种通信系统中得到广泛的应用。而在其中一些需要大功率输出的毫米波系统中，毫米波准光功率合成器也成为一个研究热点。因此，本文针对微波、毫米波波导缝隙天线的设计方法以及波导透镜天线应用于毫米波准光功率合成器设计进行了一系列的研究，具体工作如下：
　　 (1)利用MoM计算拟合的方法给出了一个波导缝隙的电场分布函数，该表达式计算误差在2％以内，并且在此基础上结合场分析法推导出波导缝隙天线的基本设计方程；从而改进了传统的Elliott波导缝隙阵列的设计方法，提高了设计效率。最后采用该方法设计研制了一个工作频率为9.375 GHz的4单元低副瓣缝隙天线阵列，仿真和测试结果吻合较好。
　　 (2)分析了介质加载缝隙的结构等效模型，推导给出了介质加载波导缝隙的导纳计算公式，进而给出了介质加载的波导缝隙天线阵列的理论设计方法。最后设计并研制了一个工作频率为17.4 GHz的8单元缝隙阵列，测试结果和设计值相符。
　　 (3)基于传统的场分析设计和传输线理论，利用金属栅隔离减小阵列之间的互耦阻抗的方法给出了一种大型波导缝隙阵列的设计方法。该方法是通过在单列波导缝隙阵列两边加载金属栅来减小缝隙之间的相互耦合，使不同波导之间可以独立设计，从而大大减小计算量和设计难度。最后使用该设计方法设计研制了一个工作频率为9.0GHz的8×8单元波导缝隙阵列，并进行了仿真和测试，实验结果和仿真结果相吻合，证明了本章设计方法的有效性。
　　 (4)提出了一种新型宽带波导椭圆缝隙结构，并将其应用于波导缝隙天线的设计。在普通矩形缝隙的基础上对波导椭圆缝隙阵列的设计方法做了深入的研究，推导出了椭圆谐振缝隙的归一化电导计算公式，结合电磁场仿真软件和传输线理论给出了椭圆缝隙阵列的设计方法。最后基于SAR系统应用设计了一个X波段的8单元波导缝隙阵列，测试结果与仿真结果具有较好的一致性。
　　 (5)利用不同平行板波导之间的传播相速的不同构造了二维波导透镜，在波导传播TE10波的情况下给出了等效折射率的计算公式；并且将波导透镜天线应用于毫米波准光功率合成器的设计，对二维Hyperbolic波导透镜和二维Meniscus波导透镜功率合成器性能进行研究；最后在Ka频段上研制并测试了10路功率合成网络，测试结果和仿真结果相符。