本文關(guān)鍵詞：寬帶平面反射陣和多層頻率選擇表面研究及其應(yīng)用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：平面反射陣和頻率選擇表面可以有效調(diào)控天線的輻射特性和散射特性,因而受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛研究和探討,特別是在無線通信、衛(wèi)星通信和深空探測領(lǐng)域。寬帶平面反射陣和寬帶頻率選擇表面一直是電磁場領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),本論文設(shè)計(jì)一種寬帶平面反射陣,提出基于亞波長分形結(jié)構(gòu)的寬帶頻率選擇表面并對此進(jìn)行了詳細(xì)的分析和討論。基于多層頻率選擇表面的設(shè)計(jì)方法,提出和設(shè)計(jì)機(jī)械可重構(gòu)的極化轉(zhuǎn)換器,可實(shí)現(xiàn)線極化到左旋圓極化、右旋圓極化以及不同工作頻帶的線極化之間的轉(zhuǎn)換�；诟飨虍愋猿砻嬖O(shè)計(jì)了三種反射型極化轉(zhuǎn)化器,可實(shí)現(xiàn)多頻帶多極化轉(zhuǎn)換。本文旨在研究寬帶平面反射陣和多層頻率選擇表面的理論和綜合設(shè)計(jì)方法,以及在高增益天線和新型極化旋轉(zhuǎn)器等領(lǐng)域的應(yīng)用。本文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下：第一章基于陣列天線理論和幾何理論總結(jié)了三種反射型陣列天線的空間延遲相位的計(jì)算方法。三種補(bǔ)償相位的計(jì)算方法可以統(tǒng)一應(yīng)用于設(shè)計(jì)平面反射陣,這為平面反射陣天線的設(shè)計(jì)奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。第二章提出基于雙共形環(huán)單元的寬帶反射陣天線。通過改變雙共形單元的物理尺寸,可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)550°的相位覆蓋范圍。由于雙共形金屬環(huán)單元具有較多自由度,通過優(yōu)化設(shè)計(jì)可以獲得較為線性的相位曲線。同時(shí),可以用較小的單元尺寸覆蓋360°相移,即實(shí)現(xiàn)單元小型化。因此,此單元具有較好的極化穩(wěn)定性和角度穩(wěn)定性。更重要的是該平面反射陣具有寬帶特性,其1dB帶寬可達(dá)到20%,可應(yīng)用在無線通信領(lǐng)域解決覆蓋盲區(qū)問題,也可用于合成孔徑雷達(dá)成像。第三章提出一種基于天線濾波天線概念的多層頻率選擇表面。提取多層頻率選擇表面的等效電路模型,其中Minkowski分形貼片和Minkowski分形縫隙結(jié)構(gòu)均屬于非諧振結(jié)構(gòu),分別等效為并聯(lián)電容和并聯(lián)電感,中間層的薄介質(zhì)基板等效為J/K變換器。論文對多層頻率選擇表面的等效電路進(jìn)行簡化,并得到耦合濾波器原型,并使用濾波器理論綜合此多層頻率選擇表面的電參數(shù)。與傳統(tǒng)的頻率選擇表面設(shè)計(jì)方法相比,基于等效電路模型的多層頻率選擇表面綜合設(shè)計(jì)方法更加高效快速,通過電參數(shù)確定其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)參數(shù)。理論仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果均證實(shí)了多層頻率選擇表面綜合方法的有效性和正確性,這為寬帶多層頻率選擇表面的分析與設(shè)計(jì)奠定了理論基礎(chǔ)。第四章基于多層頻率選擇表面的綜合設(shè)計(jì)方法,提出一種新型機(jī)械可重構(gòu)的極化轉(zhuǎn)換器。以亞波長金屬貼片陣列、柵格線以及薄介質(zhì)基板組成的頻率選擇表面,通過級聯(lián)多層頻率選擇表面展寬其工作頻帶。通過引入微擾技術(shù),在兩個(gè)正交方向上分別產(chǎn)生不同的幅度響應(yīng)和相位響應(yīng)。眾所周知,當(dāng)電磁波的幅度和相位差滿足一定條件時(shí),可以獲得想要的電磁波極化狀態(tài)。論文研究了理想情況和實(shí)際仿真情況下(無限陣列)的軸比理論計(jì)算方法,以及與有限陣列的仿真結(jié)果和測量結(jié)果的對比分析,并對上述結(jié)果之間出現(xiàn)的差別進(jìn)行了詳細(xì)的分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明此極化轉(zhuǎn)換器可靈活實(shí)現(xiàn)不同極化狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換,且具有較寬的工作帶寬和極化與角度穩(wěn)定性。該極化可重構(gòu)轉(zhuǎn)換器可用于衛(wèi)星通信中,解決因電磁波穿過電離層而產(chǎn)生的法拉第效應(yīng)。第五章提出三種基于各向異性超表面(anisotropic metasurface)的反射型多頻帶多極化轉(zhuǎn)換器,由于各向異性超表面在兩正交方向的幅度響應(yīng)和相位響應(yīng)都各不相同,因此可實(shí)現(xiàn)極化狀態(tài)的轉(zhuǎn)換,即線極化到正交線極化、線極化到左旋圓極化和右旋圓極化的轉(zhuǎn)換。所提出各向異性超表面可調(diào)控電磁波的極化狀態(tài)。第一種是單層超薄高選擇性極化轉(zhuǎn)換器,單元貼片大小決定其工作頻段,切角大小可以調(diào)節(jié)其矩形系數(shù),即帶外下降沿的陡峭程度；第二種多帶多極化轉(zhuǎn)換器是在第一種極化轉(zhuǎn)換器基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)研究,通過增加切角貼片實(shí)現(xiàn)多帶多極化轉(zhuǎn)換特性；第三種是超寬帶極化轉(zhuǎn)換器,通過三層疊加獲得多諧振特性進(jìn)而展寬極化轉(zhuǎn)換的工作頻帶,獲得寬帶極化轉(zhuǎn)換器。陣列仿真結(jié)果與單元仿真結(jié)果和理論分析結(jié)果完全吻合。仿真結(jié)果也驗(yàn)證了三種各向異性表面的多帶多極化轉(zhuǎn)換器可實(shí)現(xiàn)不同極化狀態(tài)之間的重構(gòu)。
【關(guān)鍵詞】：寬帶 平面反射陣天線 多層頻率選擇表面 可重構(gòu)極化轉(zhuǎn)換器 等效電路綜合方法
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN820
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-15
• 符號對照表15-16
• 縮略語對照表16-20
• 第一章 緒論20-34
• 1.1 研究背景及意義20
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀20-31
• 1.3 論文的主要研究工作及內(nèi)容安排31-34
• 1.3.1 研究工作31-32
• 1.3.2 內(nèi)容安排32-34
• 第二章 陣列的基本理論和應(yīng)用34-60
• 2.1 引言34-36
• 2.2 反射陣天線36-51
• 2.2.1 反射陣基本工作原理36-38
• 2.2.2 補(bǔ)償相位計(jì)算方法38-46
• 2.2.3 典型的相位補(bǔ)償單元46-49
• 2.2.4 寬帶/多帶技術(shù)49-51
• 2.3 傳輸陣天線51
• 2.4 頻率選擇表面51-58
• 2.4.1 頻率選擇表面工作機(jī)理及應(yīng)用51-56
• 2.4.2 多層頻率選擇表面綜合方法56-58
• 2.5 極化轉(zhuǎn)換器58-59
• 2.6 本章小結(jié)59-60
• 第三章 基于雙諧振共形環(huán)的寬帶平面反射陣研究60-76
• 3.1 引言60-61
• 3.2 雙諧振共形環(huán)單元設(shè)計(jì)61-67
• 3.2.1 單元結(jié)構(gòu)61-62
• 3.2.2 單元參數(shù)分析62-66
• 3.2.3 平面反射陣的應(yīng)用66-67
• 3.3 諧振共形環(huán)平面反射陣設(shè)計(jì)67-74
• 3.3.1 5×7陣列設(shè)計(jì)70-71
• 3.3.2 9×9陣列設(shè)計(jì)71-74
• 3.4 本章小結(jié)74-76
• 第四章 多層亞波長分形頻率選擇表面的綜合和設(shè)計(jì)76-92
• 4.1 引言76-77
• 4.2 基于分形結(jié)構(gòu)的多層頻率選擇表面的工作原理和設(shè)計(jì)77-85
• 4.2.1 多層頻率選擇表面的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)77-80
• 4.2.2 三階頻率選擇表面的等效電路圖的簡化步驟80-81
• 4.2.3 三階頻率選擇表面的綜合過程81-85
• 4.3 綜合計(jì)算、理論仿真以及實(shí)測結(jié)果85-90
• 4.3.1 綜合計(jì)算85-86
• 4.3.2 理論仿真86-89
• 4.3.3 實(shí)驗(yàn)測量89-90
• 4.4 本章小結(jié)90-92
• 第五章 基于多層頻率選擇表面的極化轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)92-114
• 5.1 引言92-93
• 5.2 研究目標(biāo)93-94
• 5.3 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和工作原理94-98
• 5.3.1 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)94-95
• 5.3.2 工作原理95-98
• 5.4 PRC單元的仿真分析和軸比的理論計(jì)算98-106
• 5.4.1 PRC單元特性98-101
• 5.4.2 軸比計(jì)算理論101-106
• 5.5 陣列仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果及其討論106-112
• 5.5.1 全波仿真PRC陣列特性106-108
• 5.5.2 TE和TM極化軸比穩(wěn)定性108
• 5.5.3 測量反射系數(shù)和軸比108-112
• 5.5.4 仿真和測量方向圖對比112
• 5.6 本章小結(jié)112-114
• 第六章 基于各向異性超表面的多帶多極化轉(zhuǎn)換器114-130
• 6.1 引言114-115
• 6.2 工作原理115-116
• 6.3 各向異性超表面高選擇性極化轉(zhuǎn)換器116-121
• 6.3.1 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)116-117
• 6.3.2 單元仿真分析117-120
• 6.3.3 陣列仿真分析120-121
• 6.4 各向異性超表面多帶多極化轉(zhuǎn)換器121-124
• 6.4.1 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)121
• 6.4.2 單元仿真分析121-122
• 6.4.3 陣列仿真分析122-124
• 6.5 各向異性超表面寬帶極化轉(zhuǎn)換器124-128
• 6.5.1 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)124
• 6.5.2 單元仿真分析124-127
• 6.5.3 陣列仿真分析127-128
• 6.6 本章小結(jié)128-130
• 第七章 結(jié)論和展望130-134
• 7.1 研究結(jié)論130-131
• 7.2 研究展望131-134
• 參考文獻(xiàn)134-150
• 致謝150-152
• 作者簡介152-153

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