多波束透镜天线理论与应用技术研究.pdf

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA博士学位论文DOCTORALDISSERTATION（电子科技大学图标）论文题目多波束透镜天线理论与应用技术研究学科专业电磁场与微波技术学号200911020118作者姓名黄明指导教师杨仕文教授万方数据分类号密级注1UDC学位论文多波束透镜天线理论与应用技术研究（题名和副题名）黄明（作者姓名）指导教师杨仕文教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别博士学科专业电磁场与微波技术提交论文日期

2、2013.09.27论文答辩日期2013.11.30学位授予单位和日期电子科技大学2013年12月答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。万方数据STUDYONTHEORETICALANALYSISANDTECHNICALAPPLICATIONOFMULTI-BEAMLENSANTENNASADoctorDissertationSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:Electromagnetic

3、FieldandMicrowaveTechnologyAuthor:MingHuangAdvisor:Prof.ShiwenYangSchool:SchoolofElectronicEngineering万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明

4、确的说明并表示谢意。作者签名：日期：年月日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名：导师签名：日期：年月日万方数据摘要摘要高数据率卫星通信技术、局部点对多点通信以及毫米波成像等技术的发展，对多波束天线提出了极为苛刻的要求。传统的

5、多波束天线如抛物面反射器、相控阵天线等具有波束覆盖范围有限、波束差异性较大、工作频带窄、损耗大、且相移网络复杂、昂贵等固有缺点，都不能满足低成本高效毫米波通信系统的要求。而利用光学成像和聚焦领域的透镜将不同形式发散的能量转变为平面波这一特性则可以极大地丰富多波束天线的设计。透镜天线的低成本、宽频带、宽角范围内多波束扫描且馈电网络简单等特性，倍受天线设计人员的青睐。但是透镜天线也具有一些传统性的缺点，如在较低频段，透镜天线的尺寸和重量都相对庞大；长期以来因复合材料工艺不成熟在很大程度上限制了透镜天线技术的发展。

6、因此，对多波束透镜天线技术开展系统的理论研究、分析方法研究、设计与实验研究以及应用基础研究等，并充分发掘其潜在的技术优势显得尤为必要。正是基于此目的，本文从透镜天线的基本原理和分析方法着手，开展电大尺寸多波束透镜天线的快速计算与高效优化设计、多目标、多尺度方法优化设计透镜天线、透镜天线的新型馈源阵列及多波束扫描特性、基于新型高阻抗电磁表面的多波束透镜天线技术以及透镜天线在船载多波束卫星通信及跟踪系统的应用等多方面、较为深入的研究工作。本文的主要内容可概述如下：1.简述了多波束透镜天线的研究背景以及国内外研究动

7、态和进展。其次，介绍了透镜天线的主要分类及基本原理，并回顾了具有代表性分析设计方法，如几何光学/物理光学法(GO/PO)、具有特殊形状透镜天线的严格解析方法以及电磁全波数值分析方法等。最后，以龙伯透镜天线为例介绍其辐射机理，并对比分析了现有龙伯透镜天线的实现方法。2.首次将实际馈源模型的口径面近场分布结合透镜天线的结构参数作为优化变量进行一体化优化设计，实现了实际馈源——透镜天线系统辐射特性的快速计算和高效设计，该方法特别适用于电大尺寸透镜天线的优化设计。同时，研究了透镜天线优化设计的收敛速度和全局最优解，以

8、及馈源焦距和透镜口径尺寸对较少分层数目的透镜天线增益（效率）的影响。其次，研究了任意馈源口径近场分布照射下透镜天线的辐射特性。最后，设计并实验实现了最少分层数目的电大尺寸高效龙伯透镜天线，大大降低了电大尺寸透镜天线加工工艺的复杂度。3.针对多频段透镜天线设计中，各频段达到最佳增益/口径效率且具有较低的方向图旁瓣包络等相互矛盾的设计目标，首次采用多目标、多尺度优化算法I万方数据摘要(MOEA/D)设计