矩形波导宽边纵缝天线交叉极化辐射特性的理论研究

论文摘要

在表征天线性能的诸多参数当中,交叉极化特性是一个重要的指标。由于通常的天线阵列设计及阵列信号处理等方法不能有效地抵消通过天线的交叉极化接收分量进入接收机的干扰信号,因此天线的交叉极化特性正成为制约天线阵列抗干扰性能提高的关键因素之一,是目前天线阵列设计、信号处理等领域研究所关注的热点。作为一种具有很低交叉极化辐射水平的天线形式,矩形波导宽边纵缝天线得到了广泛的应用,以抑制交叉极化干扰,提高系统性能。由于各种工程因素的影响,缝隙的参数可能发生变化,为了实现具有优异性能的天线,需要准确了解这些变化对天线交叉极化辐射的影响,但目前尚未见到专门针对波导缝隙天线的交叉极化辐射特性的相关研究成果报道。由于波导宽边纵缝天线的交叉极化辐射的强度比主极化要低两个数量级左右,使用通用电磁仿真软件得出的计算结果非常不可靠,必须通过建立专用的数学模型进行分析。本论文中使用矩量法建立了能够精确描述矩形波导宽边纵缝单元及一维驻波阵列的远区场辐射情况的数学模型。首先建立切向磁场在缝隙口面上的连续方程,并借助并矢格林函数的分量将待求变量转化为缝隙口面上的等效面磁流分布,从而建立积分方程;而后利用矩量法将积分方程化为矩阵方程,建立数学模型。当解出口面面磁流的近似分布后,便可求得在天线正面远区场的主极化与交叉极化分量的幅度大小。利用上述模型,本论文对波导缝隙天线法线方向上的主极化及交叉极化辐射特性做了精确描述,分析了由于加工工艺因素造成的缝隙参数变化(如尺寸变化、轻微倾斜、非谐振等)对矩形波导宽边纵缝单元及一维驻波阵列的交叉极化辐射特性产生的影响,得出了符合物理直观及理论分析结果的趋势,所得结论对于矩形波导缝隙天线阵列的工程设计具有重要的指导意义。另外通过对矩阵元表达式收敛性等方面的验证,进一步证明了分析方法的正确性和模型计算结果的可靠性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 综述
• 1.1 矩形波导宽边纵缝天线的主要特点
• 1.2 矩形波导宽边纵缝天线的研究与发展概况
• 1.3 交叉极化干扰的基本知识
• 1.4 矩量法基础知识
• 1.4.1 基本解法
• 1.4.2 基函数和权函数的选择
• 1.5 论文工作简介
• 第2章 对于波导缝隙天线交叉极化辐射的初步分析
• 2.1 本章引论
• 2.2 利用HFSS 分析波导宽边纵缝单元的远区场辐射
• 2.3 矩形波导宽边纵缝天线远区场辐射的基本理论分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 矩形波导宽边纵缝单元交叉极化辐射特性的分析
• 3.1 本章引论
• 3.2 利用格林函数建立积分方程
• 3.3 对积分方程的矩量法求解建模
• 3.4 计算结果及趋势分析
• 3.4.1 缝隙单元口面上等效面磁流的分布
• 3.4.2 各参数对纵缝单元辐射特性影响趋势的分析
• 3.5 模型收敛性分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 对于轻微倾斜的矩形波导宽边纵缝单元交叉极化辐射特性的分析
• 4.1 本章引论
• 4.2 模型基本假设
• 4.3 矩量法建立数学模型
• 4.4 计算结果及趋势分析
• 4.4.1 缝隙单元口面上等效面磁流的分布
• 4.4.2 倾角对纵缝单元辐射特性影响趋势的分析
• 4.5 本章小结
• 第5 章 矩形波导宽边纵缝一维驻波阵列交叉极化辐射特性的分析
• 5.1 本章引论
• 5.2 建立积分方程
• 5.3 矩量法建模
• 5.4 计算结果及趋势分析
• 5.4.1 缝隙单元口面上等效面磁流的分布
• 5.4.2 各参数对缝隙阵列辐射特性影响趋势的分析
• 5.5 本章小结
• 第6章 其它工作
• 6.1 本章引论
• 6.2 微带谐振器的发展历程及交指发卡谐振器的提出
• 6.3 交指发卡谐振器的理论分析
• 6.3.1 谐振频率的计算公式
• 6.3.2 具有最小物理尺寸的交指发卡谐振器的设计
• 6.4 交叉耦合带通滤波器的设计与测量
• 6.5 本章小结
• 第7章 结论及展望
• 7.1 论文工作目的
• 7.2 论文工作成果
• 7.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 矩阵元表达式的推导
• A.1 无限大地半空间格林函数的积分
• A.2 波导内散射格林函数的积分
• A.3 波导内镜像散射格林函数的积分
• 个人简历及在学期间发表的学术论文