【摘要】：相控陣天線以其高增益、易于波束賦形、快速的波束掃描能力等優(yōu)勢,廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、天文、通信等領(lǐng)域。然而,大部分有關(guān)相控陣天線的報道側(cè)重于研究其遠(yuǎn)場輻射特性。近年來,天線的近場(菲涅爾區(qū))特性得到了越來越多的關(guān)注。在某些特定的應(yīng)用場合,如RFID(射頻識別)系統(tǒng)、遙感與工業(yè)檢測、微波熱療、門禁系統(tǒng)、無線能量傳輸和微波成像,目標(biāo)位于天線的近場區(qū),故為了提高系統(tǒng)效率、減小干擾,需要將天線能量聚焦在近場區(qū)。在近場聚焦這個研究方向上,科研工作者報道了諸多不同的解決方案,如透鏡、反射面、調(diào)制阻抗表面、相控陣天線等。然而,大部分文獻(xiàn)實現(xiàn)的均為近場固定焦點聚焦,很少有關(guān)于焦點掃描的研究。本文的研究重點為近場聚焦的相控陣天線,做出的主要貢獻(xiàn)包含:1.相控聚焦陣的簡化建模與理論分析。聚焦陣不同于遠(yuǎn)場波束掃描的陣列,其陣列口徑面的激勵相位分布不具備周期性,且不同天線單元到空間點的增益、極化上具有不同特性,因此在仿真中無法使用周期性邊界條件,需要大量時間進(jìn)行完整的陣列仿真。在建模與理論分析方面,本文結(jié)合幾何光學(xué)法與矢量分析計算相控聚焦陣在近場的場分布,大幅度提高了天線設(shè)計的效率。2.相控聚焦陣單元的研究與設(shè)計。(a)提出基于子陣的近場聚焦陣列天線�；谔炀�的多端口網(wǎng)絡(luò)電路等效模型設(shè)計子陣,每個子陣由一個有源單元和三個寄生單元構(gòu)成,增大了有源單元間距,并通過子陣方向圖抑制由此帶來的柵瓣。相比傳統(tǒng)聚焦陣,該方法子陣級并行饋電結(jié)構(gòu)簡單,便于布線設(shè)計和降低互耦;子陣內(nèi)部采取串饋結(jié)構(gòu),損耗低。(b)提出一種近場聚焦的開槽天線陣列。通過在適當(dāng)位置采樣并設(shè)置輻射槽,使每個槽輻射的能量同相到達(dá)設(shè)計的焦點處實現(xiàn)聚焦波束。該天線結(jié)構(gòu)簡單,在保證近場聚焦性能的前提下,損耗更低、輻射效率更高,且具備在高度方向上的焦點頻率掃描能力。(c)雙極化微帶天線單元的研究。設(shè)計具有寬角、寬帶掃描能力的雙極化微帶天線單元,適用于寬帶雙極化近場聚焦陣列。在近場,即使焦點固定,不同單元指向焦點的方向也不同,因此天線單元需要在寬角掃描時具有低有源駐波。3.聚焦波束的掃描研究。(a)首次提出具有二維焦點掃描能力的相控聚焦陣列。該相控陣結(jié)合了一個維度的頻率掃描和另一個維度的相控掃描,實現(xiàn)焦點在焦平面上的二維掃描。頻率掃描的引入大大減少了陣列控制部件的數(shù)量,從而降低成本。(b)提出一種焦距可調(diào)的聚焦陣列。該天線采取頻率掃描,不需要任何相位控制部件,在保證天線性能的前提下大大地節(jié)省了成本。4.相控聚焦陣的應(yīng)用研究。(a)相控聚焦陣在微波成像中的應(yīng)用。聚焦陣在近場具有低副瓣、窄波束的優(yōu)點,用于近場成像系統(tǒng)中時,可以提高成像質(zhì)量。另外通過頻率掃描和相控掃描的結(jié)合,可以節(jié)省大量波束合成部件或開關(guān)的數(shù)量,大幅度降低成本。(b)相控聚焦陣在無線能量傳輸中的應(yīng)用。通過合理設(shè)計發(fā)射相控陣的陣面激勵分布,使其到達(dá)接收天線的能量傳輸效率最大化。與已經(jīng)報道過的文獻(xiàn)不同之處在于,本工作探討了目標(biāo)位置移動時如何實時相控,以及在特殊應(yīng)用場合,如遠(yuǎn)距離、固定目標(biāo)時的設(shè)計建議。(c)相控聚焦陣在近場測量系統(tǒng)中的應(yīng)用。制定方案,決定相控陣的規(guī)模、單元間距和輸入功率,達(dá)到近場某球面聚焦時,波束寬度、電場強度、掃描范圍等要求。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN821.8

【參考文獻(xiàn)】

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1 盧萍;微波輸能系統(tǒng)的電磁波能量聚焦及高性能整流天線研究[D];電子科技大學(xué);2018年

本文編號：2738089