偏置反射面天线的研究

论文摘要

在远距离通讯和高分辨率雷达的应用中,要求天线具有高增益,反射面天线是使用最广泛的高增益天线。为了使天线能够达到高增益、低副瓣、低交叉极化的电性能指标,本文对工作于Ku频段的偏置结构的反射面天线进行了研究。本文首先介绍了反射面天线的基本结构和几种主要的分析方法,包括几何光学法、几何绕射理论、物理光学法等。对天线仿真计算中所使用的馈源特性进行了说明,并推导了基于物理光学方法的远区辐射场。其次分别对单偏置反射面天线、双偏置反射面天线进行研究和设计。设计了两个不同尺寸的单偏置反射面天线,对各个参数的选择方法进行了介绍,确定了天线的最终尺寸,给出了仿真分析结果和测试结果方向图。天线获得了良好的高增益、低副瓣特性。但是天线在线极化工作时交叉极化电平过高,为了解决这一问题,对双偏置反射面天线进行了研究与设计。文中重点介绍了满足零交叉极化条件和最小溢漏条件的天线设计方法,并设计了一个格里高利型的双偏置反射面天线,天线的效率达到了72%以上,并极大地降低了天线的交叉极化。最后对双偏置反射面天线的赋形设计进行了研究。使用MATLAB软件作为仿真和优化工具,把双偏置反射面天线的主反射面和副反射面分别用一组完备的正交函数进行展开,通过对基函数的系数进行优化,实现了天线的赋形设计,使天线获得了高效率和很好的副瓣包络特性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 天线研究的背景与意义
• 1.2 反射面天线的研究现状与发展
• 1.3 论文的主要工作及结构安排
• 第二章 反射面天线的基本原理
• 2.1 反射面天线的几何特性
• 2.2 反射面天线的分析方法
• 2.2.1 几何光学法（GO）和几何绕射理论（GTD）
• 2.2.2 物理光学法（PO）和物理绕射理论（PTD）
• 2.3 反射面天线的馈源简介
• 2.3.1 高斯波束
• 2.3.2 喇叭馈源
• 2.4 反射面天线的辐射场
• 2.5 GRASP 软件简介
• 第三章 单偏置反射面天线
• 3.1 单偏置反射面天线的几何结构
• 3.2 单偏置反射面天线的设计方法
• 3.3 单偏置反射面天线的设计与仿真分析
• 3.3.1 0.98 米单偏置反射面天线的设计与仿真分析
• 3.3.2 1.2 米单偏置反射面天线的设计与仿真分析
• 3.4 仿真结果分析
• 第四章 双偏置反射面天线
• 4.1 格里高利型双偏置反射面天线的工作原理
• 4.2 格里高利型双偏置反射面天线的几何特性
• 4.3 格里高利型双偏置反射面天线的设计方法
• 4.4 格里高利型双偏置反射面天线的设计与仿真分析
• 第五章 双偏置反射面天线的赋形研究
• 5.1 反射面天线赋形中的坐标系及其转换关系
• 5.1.1 同一坐标系中直角坐标与球坐标之间的变换关系
• 5.1.2 不同直角坐标系之间的变换关系
• 5.2 反射面赋形的基本方法
• 5.3 天线在MATLAB 中的建模与分析
• 5.3.1 程序的验证
• 5.3.2 双偏置反射面天线的建模与分析
• 5.4 天线的优化
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 作者在读期间的研究成果