多波束聚焦透镜天线

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1、电子科技大学硕士学位论文子体的优点，己在实际弹道靶中应用。点聚焦透镜天线应用在等离子体微波干涉仪中，是微波干涉仪的关键部件，测量等离子体的微波束是通过收发天线中的双曲面聚焦透镜聚焦而成，人们充分利用其在会聚点处的电磁波集中的特性，对超高速飞行的弹体及高温电离尾迹进行测量。天线设计的合理性、加工的精度性，直接影响系统测量所要达到的技术指标。1．2研究的目的及意义本课题的主要任务是针对弹道靶尾迹微波干涉仪里的单波束捕捉目标的有效性能不足而考虑设计一个多波束点聚焦天线，增大捕捉范围和提高中靶率。现有天线系

2、统采用的是单波束喇叭透镜天线，喇叭辐射的毫米波经透镜后，在焦点处形成焦斑；由于波束窄，容易使目标在捕捉时漏掉。因此研制多波束焦面阵透镜天线，以对现有天线系统进行改进。多波束焦面阵透镜天线由多个喇叭和一个透镜组成，每个喇叭辐射的毫米波经透镜后形成一个焦斑，多个喇叭在焦平面上形成多个焦斑。这样经过改进，可以增大天线系统捕捉范围和提高中靶率。1．3本文主要工作本文主要工作包括：一、分别设计初级馈源和透镜，从理论和仿真结果来验证设计的正确性；二、仿真和试验测试点聚焦透镜天线的分辨率；三、研究喇叭偏离透镜轴的

3、距离与所形成焦斑的位置和大小变化的规律；四、讨论了多波束天线的波束馈电网络和波束间的耦合关系；五、测试多波束聚焦透镜天线的分辨率，研究了喇叭间距离的变化和喇叭自身大小的变化对分辨率的影响。第二章引言2．1多波束技术的发展多波束天线(MBA)是指一种利用统一口径面同时产生多个不同指向波束的天线。多波束天线的研究与应用已有二十多年，到目前为止已经研制出许多种类型，随着天线技术的不断完善，多波束天线也得到不断完善和发展，并广泛应用于各种卫星通信系统。传统的多波束天线系统主要由三个部分组成：天线、波束形成网

4、络(BFN)和为改变BFN的功率或者组合功能所需的控制电路。按天线的形式来分，多波束天线主要有多波束反射面天线、多波束透镜天线和多波束相控阵天线三类。表2—1简要总结三种多波束天线的基本特点。1。表2-1三种类型多波束天线的比较天线优点缺点类型多波束结构简单：需采用偏置结构以避免馈源阵列的反射面重量轻；阻挡；天线设计成熟。宽角扫描性能差。多波束不存在馈源阵列的阻挡：存在表面失配和介质损耗：透镜良好的宽角扫描性能；比反射面天线结构复杂；，天线设计的自由度大。工作频率较低时重量重、体积大。在辐射单元级实

5、现功率放大存在馈电网络损耗：多波束后台成输出；频带窄：相控阵没有泄漏损失；结构复杂；天线无口径遮挡；成本高。波束间隔容易控制。多波束反射面天线特别是无口径阻挡的多波束偏置反射面天线在卫星通信等领域得到广泛的应用。多波束反射面天线在结构上大致可分为两类(图2-1)：①基本型：特点是将馈源(如喇叭)阵列放置在反射面的焦平面，每一馈源产生一子波束，波束数量不多。馈源喇叭直接与收发设备相连接。②改进型：其典型的组成包括偏置的单反射面或双反射面天线、馈源阵列和馈电网络。特点是，首先将馈源喇叭组合成若干相互重叠

6、的馈源组，然后通过固电子科技大学硕士学位论文定或可变的波束形成网络，形成符合要求的赋型波束或者使之具有其他特殊功能。多波束相控阵天线可以灵活实现多波束工作。这种天线馈源系统复杂，多为面阵，体积大，单元多。这种天线主要用于飞行器和雷达，近年来也用于卫星通信，但成本较高，技术难度较大。多波束天线中，六边形结构(图2—1)是一种最常见的馈源阵列配置方式。分析表明，多波束天线采用这种六边形馈源结构可以改善波束覆盖区的边缘增益。馈源阵列的馈源单元数与波束覆盖区域s及反射面尺寸D有关。近似表达式为式(2—1)：

7、N。!：；(2．1)2746(x／D)2国外对传统意义上的多波束天线研制较为成熟”“⋯，主要应用在星载天线和地面站天线。1971年发射的国际INTELSAT—IV通信卫星就是全球应用多波束技术的首例。日本也在1985年，发射了ETS-V卫星。星载天线实现多波束形成的类型有两种：相控阵天线和多波束天线。前者通过控制天线单元的馈电相位，极其灵活地实现波束扫描，并获得良好的空间分辨特性。而多波束天线利用同一天线口径形成多个独立且相互重叠的窄波束，可以实现波束的最佳空域覆盖。国内一般都采用相控阵天线，对多波

8、束透镜天线的研制情况尚未见公开报道，可见我国关于喇矾l234567畦束嘲叽I}j。3,4j^JiI毒，3，7,K9．1’，lj0，^．氐1e．Il4lⅫj。1I。12．t，s1,4j．6．1，，14。IS6l“^It喊日'It2j，．ILI毛19图2-1两种馈电结构(a)基本型(b)改进型这方面的研究还不成熟，在这方面的研究还有许多工作要做。2．2焦面阵成像的研究多波束馈源或焦面阵在抛物面天线上的应用，始于20世纪60年代末，此技4第二章引言术在70年代较大量地被引入