C波段多波束平面透镜天线研究.pdf

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1、硕士学位论文C波段多波束平面透镜天线研究THERESEARCHONC-BANDMULTI-BEAMPLANARLENSANTENNA王洪永哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TN822.8学校代码：10213国际图书分类号：621.396密级：公开工学硕士学位论文C波段多波束平面透镜天线研究硕士研究生：王洪永导师：索莹副教授申请学位：工学硕士学科：信息与通信工程所在单位：电子与信息工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TN822.8U.D.C:621.396DissertationfortheMasterDegreei

2、nEngineeringTHERESEARCHONC-BANDMULTI-BEAMPLANARLENSANTENNACandidate：WangHongyongSupervisor：AssociateProf.SuoYingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：InformationandCommunicationEngineeringAffiliation：SchoolofElectronicsandInformationEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Co

3、nferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要透镜天线相对于反射面天线不会产生馈源遮挡问题、馈源偏焦时增益下降小以及更容易实现波束扫描功能等优点。龙伯透镜天线的对称性好，但其加工难度大，体积相对较大，不符合天线小型化、集成化的发展方向。平面透镜天线的体积相对较小、制造成本相对较低并且很容易与其他电子器件集成等优点广泛受到天线设计人员的青睐。本文主要研究和设计了一种基于频率选择表面的多波束平面透镜天线，利用周期排布的贴片与介质板组合单元等效替代传统的透镜，来提高天线的增益，并通过放置多个馈源实现平面

4、透镜天线的多波束功能。本文首先对透镜天线的背景及多波束透镜天线的国内外发展现状进行了介绍，并对国内外发展现状进行了分析。然后介绍了透镜天线的分类、工作原理和分析方法，重点研究了平面透镜天线理论。接着对平面透镜天线的馈源进行设计，选取喇叭天线作为平面透镜天线的馈源，并设计出工作在6GHz的波导喇叭天线。同时对平面透镜的结构进行了设计，设计了正方形贴片、正六边形贴片和圆形贴片平面透镜结构，这种平面透镜结构类似于频率选择表面，其设计的核心是平面透镜周期单元的设计。该周期单元采用三层结构，双层金属贴片和单层介质板。最终设计的正方形贴片、正六边形贴片和圆形贴片平面透镜的尺寸为216mm×2

5、16mm×1.6mm，204.1mm×204.1mm×1.6mm，211.5mm×211.5mm×1.6mm，采用FR-4的介质板，介电常数为4.3。平面透镜的焦距分别为440mm，379mm，380mm。最后对设计的平面透镜天线的特性进行了仿真研究，采用波导喇叭天线作为馈源，最大增益为6.47dBi。加载平面透镜后天线的增益分别提高了7.0dB、7.53dB、7.93dB。并对三种贴片型天线的方向图特性进行了对比，选择圆形贴片平面透镜天线进行多波束性能的研究。在多波束功能的研究中，采用两种方式来实现。第一种方式将馈源沿Y轴分别旋转5°、10°、15°、20°、25°和30°，对

6、设计的平面透镜天线的波束特性进行仿真分析。由结果可以得出，波束能产生30°的偏转，增益最大下降0.65dB，在30的范围内能够实现波束扫描的功能。第二种方式是同时加载多个馈源进行仿真，选择三个馈源按照距离-67mm，0，67mm排列，能够产生三个波束，波束偏转角度达到了48。关键词：平面透镜天线；多波束；C波段；频率选择表面-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractComparedwiththereflectivesurfaceantenna,thelensantennahasadvantagessuchasnofeedsourceblocking,smallg

7、ainreductionwhenthefeedsourceisdefocused,andeasierbeamscanning.TheLuneburglensantennahasgoodsymmetry,butitsprocessingisdifficultanditsvolumeisrelativelylarge,whichdoesnotmeetthedevelopmentdirectionofminiaturizationandintegrationoftheantenna.P