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文檔簡介
低相對(duì)介電常數(shù)的圓極化徑向縫隙天線的分析徑向縫隙天線是高增益、高效率的平面縫隙陣列天線。天線縫隙陣列按一定的規(guī)律排布在徑向波導(dǎo)的上表面,徑向波導(dǎo)內(nèi)部填充由慢波材料來抑制天線的柵瓣,其中慢波材料的相對(duì)介電常數(shù)一般的選擇范圍是1.5~2.5。本文設(shè)計(jì)的徑向縫隙天線中填充徑向波導(dǎo)的慢波材料的相對(duì)電常數(shù)為1.06。依據(jù)徑向縫隙天線的設(shè)計(jì)原則,適當(dāng)調(diào)整縫隙的排布,所設(shè)計(jì)天線并未出現(xiàn)柵瓣,并且有較好的方向性。天線的仿真結(jié)果與測(cè)量結(jié)果吻合的較好。
引言
相對(duì)于其他直播星天線,徑向縫隙天線由于其高增益、高效率、體積小、壽命長、牢固耐用等優(yōu)點(diǎn)受到許多國家的科研工作者的廣泛關(guān)注,并且國外已經(jīng)廣泛應(yīng)用,方便著人們的日常生活。
“徑向波導(dǎo)縫隙天線”這個(gè)術(shù)語首先是由N.Goto和M.Yamamoto在1980年提出來的;而最先研究這款天線的可能是F.J.Goebels和K.C.Kelly,他們于1961年提出通過調(diào)整饋電電路設(shè)計(jì)一個(gè)能夠接收?qǐng)A極化、線極化或橢圓極化信號(hào)的固定形狀的筆形波束的天線。Takahashi.M.等人于1995提出了采用波束傾斜的方法來消除反射,PaulW.Davis和MarekE.Bialkowski于1997年采用增加反射縫隙的方法來消除反射。進(jìn)入21世紀(jì),仍然有大量的科研工作出現(xiàn):20**年日本東京工業(yè)大學(xué)的MasahideUndo等人對(duì)兩個(gè)不同介電常數(shù)的材料疊加一起形成慢波構(gòu)造開展了研究;20**年,東京工業(yè)大學(xué)的TungNguyen等人設(shè)計(jì)了橢圓波束的徑向縫隙天線。徑向縫隙天線的研究大都基于相對(duì)介電常數(shù)較大的介質(zhì)材料上,因?yàn)槿绻鄬?duì)介電常數(shù)的范圍在1.5~2.5之間,那么所設(shè)計(jì)的徑向縫隙天線將不會(huì)出現(xiàn)柵瓣。
本文的研究是相對(duì)介電常數(shù)為1.06的發(fā)泡材料填充的徑向線波導(dǎo)上開縫所形成的徑向縫隙天線。依據(jù)徑向縫隙天線基本的設(shè)計(jì)原理,通過合理調(diào)整縫隙的長度和角度來抑制天線柵瓣的出現(xiàn);通過對(duì)所加工的天線開展多次測(cè)量,求均值盡可能消除誤差后,所得到的天線方向圖與仿真所得到的方向圖吻合較好。
天線構(gòu)造
徑向縫隙天線由三個(gè)部分組成,饋電網(wǎng)絡(luò)、徑向波導(dǎo)和縫隙陣列,其整體構(gòu)造圖形見圖1。圖中采用SMA接頭對(duì)徑向波導(dǎo)開展饋電,然后能量從中間向徑向波導(dǎo)四周流動(dòng),流動(dòng)的過程中一部分能量通過縫隙向外輻射,其余的能量繼續(xù)向四周流動(dòng)。
徑向波導(dǎo)部分有兩種設(shè)計(jì)構(gòu)造,雙層徑向波導(dǎo)構(gòu)造和單層徑向波導(dǎo)構(gòu)造。在早期的研究當(dāng)中都采用的是雙層徑向波導(dǎo)構(gòu)造,這樣的構(gòu)造方便陣列天線縫隙的設(shè)計(jì),因?yàn)樯蠈訌较虿▽?dǎo)中能量是由邊緣向中心流動(dòng),隨著縫隙的輻射到中心的能量逐漸減少,這樣可以把縫隙的長度設(shè)計(jì)成一致。
圖1徑向縫隙天線的構(gòu)造
但是雙層波導(dǎo)構(gòu)造所設(shè)計(jì)的天線當(dāng)能量傳輸?shù)街行奈恢煤笫S嗄芰康奶幚磔^麻煩、效率和增益都比較低,而且由于不易于加工帶來了加工費(fèi)用的增加,不利于商業(yè)應(yīng)用。20世紀(jì)90年代后開始采用單層波導(dǎo)構(gòu)造。
采用單層波導(dǎo)構(gòu)造的設(shè)計(jì)方式克服了上述缺點(diǎn),但同時(shí)也給天線縫隙的設(shè)計(jì)帶來了很大的挑戰(zhàn),主要表現(xiàn)在縫隙長度設(shè)計(jì)不一致、最里圈和最外圈縫隙的設(shè)計(jì)等。本文采用的是單層徑向波導(dǎo)設(shè)計(jì)構(gòu)造,采用SMA接頭開展饋電,徑向波導(dǎo)上下兩層均采用導(dǎo)電性好的良導(dǎo)體。
結(jié)論
依據(jù)徑向縫隙天線的設(shè)計(jì)理論設(shè)計(jì)了圓極化徑向縫隙天線,調(diào)整縫隙的長度和角度可以改善天線的性能。通過對(duì)于所加工的兩個(gè)徑向縫隙天線的測(cè)量,與相應(yīng)的仿真結(jié)果開展比對(duì),發(fā)現(xiàn)仿真結(jié)果的方向圖和實(shí)際測(cè)量所得到
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