毫米波径向波导缝隙阵列天馈-研究

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1、东南大学硕士学位论文等人通过在径向波导的上平板上开环缝进行天线的综合和设计【l】【2】。FJGoebel和KCKelly等用径向波导实现了任意极化方式的RWSA，馈电结构较为复杂【31。随后，FJGoebel和KCKelly又在X波段使用四个90。径向波导实现了单脉冲RWSA[41。20世纪80年代以来，RWSA在日本【5】【6】【7】、澳大利亚【8】【9J、西班牙【10】【ll】、英国【12】等地被广泛应用于DBS卫星直播电视(direct-broadcastsatelliteTv)等的收发系统，并在高速无线接入系统、无线局域网(L

2、AN)、汽车防碰撞雷达等领域引起了广泛、深入的研究。MAndo等在1985年分析了在12GHz用于卫星直播的双层结构的RLSA，上层缝隙采用螺旋排列，辐射圆极化波，结构如图1．1所示15儿6J【7J。在这种结构中，缝耦合可以抵消由于辐射而导致的场的衰减，采用相同长度的缝隙，就可以实现比其它微带线天线更高的效掣”】【l引。M．Takahashi等分析了采用相同的激励结构，辐射线极化波的RLSA天线，但输入反射很大【l51，结构如图1．2所示。为减少线极化径向线缝隙天线的反射，J．Takada等采用在径向线上表面的缝隙对中加入另一组缝隙的

3、方法使反射损耗改善了．2dB～．10dBD6]。图1．1双层圆极化RLSA结构图1．2双层线极化RLSA结构由于这种双层的RLSA结构比较复杂，MTakahashi等提出用于直播卫星接收的辐射圆极化波的单层径向线缝隙天线【17J，采用一致口径分布所需要的缝隙长度提高天线口径效率，如图1．3所示。K．Kechagias等对用于卫星直播接收的RLSA做了优化设计【l引。A．Akiyama等在12GHz研究了形成双圆极化f19l、圆极化和线极化锥形波刺20】【2ll等的RLSAt221[231。Davis等对用于直播卫星接收的单层线极化径向

4、线缝隙天线做了试验调查【8】【241，其辐射线极化波的单层径向线缝隙天线结构如图1．4所示。2第一章绪论翳秽爹’图1．3单层圆极化RLSA结构图1．4单层线极化RLSA结构为了克服早期RLSA的弊端，出现了一种采用同心圆布置缝隙对，并用旋转模式激励的RLSA，这种天线被命名为CA．RLSA。旋转模式的定义是：在西方向上，幅度保持均匀，而相位分布为PⅣ。在径向波导中激励旋转模式的方法已有多种。HSumiyoshi等利用凸轮形的移相器(cam—shapedphaseshifter)，可以在平行板径向波导中激励旋转模式的场分布【251。但介

5、质几何形状的较大突变带来了实现的困难，并影响其电性能的准确实现。HArai等人用电壁或磁壁形式的谐振腔，并用扰动元件来分离简并模式1261。这种结构具有很好的电特性，已成功地用于CA—RLSA的馈电，并实现了前向波束。但其三维结构破坏了CA．RLSA天线的平面特性，并且不利于天线的小型化和集成化。KSudo等用圆环缝和直缝的组合来产生旋转模式，这种激励方式已应用在12GHz和38GHz频段，并且获得了较为理想的性能1271。KSudo，THirano等利用矩形波导上的一对相互交叉的直缝来激励旋转模式，这种馈源结构的RLSA被设计用于太

6、阳能卫星(SPS)和地面之间的大功率微波传输，工作在5．8GHz。并且这种天线反射小于．15dB的带宽为7％，优于其它形式的馈源结构128】【29I。为进一步提高馈源的反射性能，KSudo等将交叉直缝改为交叉“狗骨”(dogbone)形式的馈源结构【3们。韩国学者YKim等提出适配器形式的矩形波导馈源结构【401，与前两种不同，这种馈源结构激励出的主模不是旋转模式，而是TEM模。在60GHz频段，天线的直径100mm，增益30dBi。东南大学窦文斌教授项目组的王健硕士对韩国学者提出的结构做了一些改进，进一步减小了反射损耗mJ，Ka波段

7、反射损耗小于．20dB的带宽大约3．5GHz，并且振幅波动小于O．7dB。项目组的汪恽晖硕士运用这种适配器结构实现了35GHz的线极化和圆极化RLSA，天线口径直径90mm一-100mm，圆极化天线的反射损耗在32GHz～38GHz频段内小于．16．25dBl50J。该项目组的尤立志博士设计全新的适配器结构，并用此馈源结构分别实现了线极化和圆极化单脉冲径向波导缝隙阵列天馈系统，在W波段和Ka波段都实现了较好的性能。单层的RLSA结构相对简单，但要得到一致口径分布，单层结构较双层结构有两个难点：1)由于波的传播及缝隙的辐射导致场衰减很快

8、，2)波导的终端损耗比较大。如果还是采用相同尺寸的缝隙就无法得到较高的效率。考虑采用非均匀缝排列(不同的半径东南大学硕士学位论文径向波导的馈源结构除了上面提到的同轴线、矩形波导激励之外，还有谐振腔【331激励结构，但谐振