基于电磁新材料折射率渐变的透镜天线设计

摘要

透镜天线常常被用在卫星通信技术、局部点对多点通信领域中，且透镜天线相比于抛物面天线、相控阵天线等具有波束覆盖范围广、波束差异性小、工作频带宽、损耗小、且馈电网络简单、易于安装使用、抗风性强等特点。但是传统的透镜天线也具有一些客观存在的缺点，比如在较低频段，透镜天线的尺寸和重量都相对庞大，且透镜介质球层数越多，层与层之间夹杂的空气相应增多，从而影响天线的性能，并且长期以来因制造透镜天线的复合材料工艺不成熟，透镜天线技术的发展历程因此而显得困难重重。本文正是针对传统透镜天线在制作过程中所面临的困难，提出了基于电磁超材料的平面透镜天线，并分别设计了平面的龙伯透镜天线和半鱼眼透镜天线，所设计的透镜天线不仅具有良好的方向性，较高的增益，且比传统透镜天线体积小加工简单。本文主要的研究内容及成果如下：
　　1.本文首先介绍了与论文相关的透镜天线的理论基础知识，包括其研究现状，应用领域，设计原理等；并分别详细介绍了龙伯透镜和麦克斯韦鱼眼透镜的工作原理，及其应用；并对电磁新材料的理论知识给予详细说明。
　　2.本文基于龙伯透镜的工作原理及其折射率分布规律，设计出一种刻蚀圆形超材料单元，其组成的龙伯透镜可以将任意角度入射波由球面波转变为平面波，并用电磁仿真软件仿真了其电场分布图，证明了我们所设计的效果。
　　3.本文基于麦克斯韦鱼眼透镜天线的工作原理及其折射率分布规律，设计出一种开缝方形环结构，其在X波段具有宽频带的特点。该单元结构可以分别由两种方式获得设计所需的折射率值，并按照透镜天线折射率分布规律排列出相应的两种透镜，由两种透镜分别组成的鱼眼透镜天线都具有良好的性能，可提高主瓣的方向性，增强天线的增益；同时又设计出一种改进型的阶梯状透镜天线，进一步提高了透镜天线的方向性，增强天线的增益。最后对所设计天线进行了加工及实测，证明了其所具有的效果。

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第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2透镜天线的研究现状

1.3超材料的主要应用领域

1.4本论文内容安排

第二章 基本理论知识

2.1梯度折射率光学

2.2透镜设计原理

2.3龙伯透镜

2.4 麦克斯韦鱼眼透镜

2.5电磁新材料的理论知识

2.6 天线的基本参数

2.7 本章小结

第三章 基于电磁新材料的龙伯透镜的设计

3.1 引言

3.2 龙伯透镜单元的设计

3.3龙伯透镜的设计

3.4 本章小结

第四章 基于电磁新材料的半麦克斯韦鱼眼透镜天线设计

4.1 引言

4.2 麦克斯韦鱼眼透镜单元的设计

4.3半麦克斯韦鱼眼透镜天线的设计

4.4由改进方法制成的鱼眼透镜天线

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

5.1研究总结

5.2研究展望

参考文献

致谢

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