漏波天线方向图综合的新方法及其应用

摘要

如今我们的周围充斥着各种电磁波，电磁干扰使得通信质量下降。这就需要天线方向图的综合，设计出方向图具有低副瓣或者低辐射区域的天线以减小干扰。目前已有的文献针对阵列天线的辐射方向图综合已经有不少研究，但是针对漏波天线等单天线方向图的综合研究比较少。目前漏波天线方向图综合方法一般是采用传统的结构渐变的方法来实现的，但是这种方法需要很复杂的计算，加工精度要求比较高。有效辐射段理论表明天线的远场主要是由有效辐射段决定的，如果利用某种方法抑制有效辐射段的辐射强度，就可以在天线的方向图引入一个低辐射区域。利用场的叠加原理，设计两个天线，一个作为主天线，一个作为副天线，利用副天线方向图的主瓣去消掉主天线方向图的某个副瓣，这样也可以在主天线的方向图引入一个低辐射区域。
　　本文的主要工作以及创新点如下:
　　1.提出了基于半模基片集成波导(Half-Mode Substrate Integrated Waveguide，HMSIW)结构的漏波天线，通过改变有效辐射段对应的金属通孔的位置以及延长介质的长度抑制有效辐射段的辐射强度，在天线的方向图引入了低辐射区域，低辐射区域的深度达到了-36.2dB。设计了相应的馈电结构，使天线达到低辐射效果的同时保持良好的阻抗匹配特性。加工了天线实物并进行了测试。
　　2.提出了基于人工表面等离子体激元(Spoof Surface Plasmon Polaritons，SSPPs)结构具有低辐射区域的周期性漏波天线。首先设计了基于SSPPs均匀传输线结构的主副波导以及相应的馈电结构，把副波导直接接在主波导后面，然后对主副波导分别进行周期性调制，构造周期性漏波天线。基于场的叠加原理，通过调节副天线的辐射强度、初始相位和主波束辐射方向，使副天线的主瓣与主天线的某个副瓣相消，形成低辐射区域，低辐射区域的深度达到了-23.8dB。
　　3.提出了采用弧状SSPPs连接结构及主副天线结构的漏波天线，使其方向图分别具有低辐射区域以及提高主波束的辐射强度。研究了弧状SSPPs连接结构的传输性能与结构参数之间的关系。基于场的叠加原理，调节副天线的辐射强度、初始相位和主波束辐射方向，当相位与主天线相反，副天线的主瓣与主天线的某个副瓣相消，形成低辐射区域，低辐射区域的深度达到了-23.6dB;当主副天线的主瓣方向重合，并使两者主瓣方向的相位相同时，增强了主波束的辐射强度，主波束增益提高了大约1.5dB，同时降低了天线的副瓣水平。这种结构的优点是实现了天线的小型化，能量得到了充分的利用。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 研究背景与意义

1．2 研究现状

1．2．1 漏波天线的研究历史与现状

1．2．2 方向图综合的研究历史与现状

1．3 本文的结构安排

2 基本理论和方法

2．1 漏波天线的理论

2．2 SIW和HMSIW的理论

2．3 SSPPs的理论

2．4 有效辐射段理论

2．5 本章小结

3 基于有效辐射段的漏波天线的方向图综合

3．1．1 波导宽度的影响

3．1．2 金属通孔的影响

3．1．3 介质的影响

3．2 有效辐射段

3．2．1 有效辐射段的计算

3．2．2 有效辐射段的验证

3．3 低辐射区域的产生

3．3．1 有效辐射段的抑制方法

3．3．2 馈电的匹配

3．3．3 结果与参数

3．4 本章小结

4 基于SSPPs传输线结构的漏波天线方向图综合

4．1 均匀SSPPs波导

4．1．1 传输特性

4．1．2 馈电结构

4．2 SSPPs漏波天线

4．2．1 主副辐射区的设计

4．2．2 基于叠加原理的方向图综合

4．3 本章小结

5 基于SSPPs弯接结构的漏波天线方向图综合

5．1 SSPPs弯接结构的设计

5．2 低辐射区域的实现

5．3 天线增益的提高

5．4 本章小结

6 结论

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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