多波束透镜成像天线研究

论文摘要

为满足人们在反恐、飞机着陆、微波遥感、射电天文等领域对技术需求的不断提高,被动毫米波成像成为近年来微波技术研究热点之一。焦平面成像技术具有能实现实时成像,可发展成为与眼睛相媲美的凝视系统的优点,因此引起了国内外相关机构的普遍重视。焦平面多波束天线处于信号采集的最前端,其指标的优劣直接关系着整个系统性能。毫米波介质透镜多波束天线较反射面具有不存在馈源遮挡、设计灵活、结构紧凑、易于加工等优点,在多波束天线技术中得到了广泛的应用。本文的根本任务是设计出符合系统指标要求的介质透镜成像多波束天线。目前,商用电磁计算软件有很多,如CST、HFSS、FKEO等,它们采用了不同的方法,各有优势,发展非常迅速,给天线的工程设计带来了极大的方便。然而,对于电大尺寸问题,特别是电大尺寸的介质由于计算机性能的限制,往往局限性较大。几何光学(GO)较其它数值方法如:有限元法(FEM)、矩量法(MOM)、时域有限差分法(FDTD)等更有适合于电大尺寸问题的求解。本文采用了仿真软件与几何光学结合的“半仿真法”来分析介质透镜多波束天线,既克服了仿真软件的不足,又有效的利用了仿真软件的优势,并结合三次样条插值可以求解任意馈源与透镜结合问题。喇叭的种类繁多,设计灵活,本文分析了多类馈源,通过比较选择了角锥喇叭作为焦平面天线的馈源。本文给出了多类透镜的设计方法,并且采用射线追踪法进行分析比较,选择了双凸透镜作来实现均匀多波束。为实现大视场角、均匀多波束和邻波束电平的3dB相交,本文研究了焦平面、焦斜面、焦曲面及馈源的横向偏焦天线的辐射特性,总结出了实现均匀多波束的基本方法,最终实现了在大视场角内满足系统指标的透镜均匀多波束天线。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 毫米波成像技术主要体制
• 1.3 焦平面被动毫米波成像技术
• 1.3.1 被动毫米波成像技术起源与发展
• 1.3.2 被动毫米波成像技术研究意义
• 1.4 介质透镜天线分析方法的研究进展
• 1.5 多波束透镜天线的研究进展
• 1.6 本课题的研究内容及基本指标
• 1.6.1 基本指标
• 1.6.2 课题介绍
• 第二章 无源毫米波成像的基本原理
• 2.1 辐射与热辐射
• 2.2 黑体辐射与普朗克定律
• 2.3 实际物体的辐射与测量
• 2.4 本章小结
• 第三章 喇叭天线分析与设计
• 3.1 喇叭天线的分析
• 3.2 波导口天线的分析与设计
• 3.3 角锥喇叭的分析与设计
• 3.4 圆锥喇叭的分析与设计
• 3.5 本章小结
• 第四章 介质透镜天线的分析
• 4.1 象散波理论
• 4.2 介质透镜天线的一般模型
• 4.3 射线追踪
• 4.3.1 射线的矢量关系
• 4.3.2 曲线拟合
• 4.4 射线上的电磁场
• 4.5 象散波的主曲率半径
• 4.6 透镜天线的效率与增益
• 4.7 计算结果与仿真软件的比较
• 4.8 本章小结
• 第五章 介质透镜天线的设计
• 5.1 介质透镜的设计
• 5.1.1 介质透镜的一般设计原则
• 5.1.2 双曲透镜的设计
• 5.1.3 前平后凸透镜的设计
• 5.1.4 弯月透镜的设计
• 5.1.5 双凸透镜的设计
• 5.1.6 Coma-free透镜的设计
• 5.1.7 介质材料对透镜的影响
• 5.1.8 透镜天线的分区和菲涅尔透镜设计
• 5.2 介质透镜多波束天线的比较
• 5.3 透镜天线的横向偏焦
• 5.4 焦斜面与焦曲面透镜天线
• 5.5 透镜多波束天线的最终设计
• 5.6 透镜多波束天线的机械结构与实验测试
• 5.6.1 单馈源透镜天线的实验研究
• 5.6.2 多馈源透镜天线的实验研究
• 5.7 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果