一种极化扭转毫米波天线

一种极化扭转毫米波天线 ------------------------------------------------------------------------------------------------ 一种极化扭转毫米波天线 参考文献 ,,,薛良金，毫米波 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 基础，哈尔滨工业大学出版社,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,(,(,,,,,，阢畔弘池,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,，，,,，,,,,( ,,,,(,(,,,,,,，,,,,,扣，，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,，,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,;,，,,,(,,，,,,(,,, ,,，,,(,,,—,,，,,;,,,,,,,,,( ,,,,,,,,,,,，,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,肥踟酚,咖，,;,,,,,,,,,，,,,,,,,，,,,, 冯强，窦文斌 东南大学毫米波国家重点实验室，江苏南京,,,,,, ,,,,,,,,,,,,(,,,(,,,，,,,,,,,,,(,,,(;, 摘要:本文根据天线的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 需要，以平面波模式展开为理论基础，利用遗传算法优化，通过计算机辅助设计，给出了工作在,,,,,—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 的最佳栅条尺寸组合，并给出了天线性能的计算数据。 关键词:扭转极化;毫米波;卡塞格伦天线;遗传算法;带状栅条;雷达 ,,,,,,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,,,,,, ,,,,,,,,,，,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,】,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,，,,,,,,,,,,,,，,,,,,, ,,,,,,,,,,,,(,,,(,,,，,,,,,,,,,(,,,(;, ,,,,,,;,:，,,,,,,,,,,，,;;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,，,,,,,,,,,,,,,,，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,，,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,( ,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,?,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,??,,,,,,,;,,;,,,,,,?,,,,,,,,;,,,,, —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ ,(引言 带有极化扭转反射器的双反射面天线构成了倒置的卡塞格伦天线【,,。由于轻便的平板扫掠和结构及反射特点，这种天线具有快速和广角的扫描特性，在雷达扫描中有广范的应用。通常，天线由下列四个主要部分构成:提供特定能量分布的初级馈源;用于先反射后传输电磁波的抛物面型传输反射器;用于将波的极化方向旋转,的平板型极化扭转反射器(简称扭极化器或扭转极化器);能在方位,俯仰方向任意转动某一角度的转动系统。馈源和抛物面的设计可以参考单反射面天线，转动系统属于机械设计，这样整个天线主副栅条的设计便变的比较重要。 ,(主副栅条的设计 ,(扭转极化器(主栅条) 图,给出了扭转极化器的几何结构，人射波可以沿任意方向入射。栅条在戈轴方向为平行周期结构，在,轴方向均匀分布。其中，,为栅条的周期，,为单个栅条的宽度，,为介质层的厚度。 对于一个给定的入射波电场矢量: ,,,(,戈，,,,，,,),,,,,(‘,,，，,:(,) 我们需要知道反射波电场矢量,，，来看其是否实现极化的旋转。由图,可以看出，人射波波矢量,。与,轴的夹角为,，,轴与人射波波矢量构成入射平面，戈轴与此入射平面的夹角为?。根据电场的切向分量连续的条件，采用关于某方向的硒模式波和,,模式波的等效电路法，可以确定栅条的反射参数【,,。对,,, —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 图,扭转极化器的几何结构 于,向的晒模式波和,,模式波，由于栅条的反射将会发生耦合，而对于,向的阿模式波和,,模式波却不会发生耦合，分析比较比较简单，下面的讨论便以此为基础。根据,,,,，横向电场和磁场可以由正交的阿模和,,模的模式分量,’、,”和,’、，”，及相应的模式电压,’、,”和模式电流，’、五”来表示，即: ,,,,’,’，,,:?吼,，,’,，，，,”,”(,) 模式电压,,’、,”和模式电流厶’、，,”通过模式阻抗,,和,，，【,,相联系，,’和,”可由下式表示: ,’,错,”,蕊,;,,,一矗胖(,),一矗,一南，,、,, 图,为硒模式波和,,模式波的简单等效电路,,,,。其中,’和曰”为栅条在勉模式波和,,模式波下所呈现出的导纳和阻抗【,,，,?。旦普盟,,(;。;襄)矽。,,,,,,,,,,,,;?掣,,和?为嬲模式波和,,模式波的特征阻抗: ，,,,(,),口 ，, ,,模式波?—二,,，———,—一一,’。, 短 路 图,主栅条的等效电路 可以得到,,模式波和,,模式波的反射系数,’和,，，: —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ ,，,,,;,,,,(,，,)一;洲姻)(,, 一?参础(印)，;讪(?，,，(,) ,,,———,南——一,一,,,，，一茜;讪(妒),(,) ,，,,,，，一茜;,,,(印), 由(,)一(,)，反射波的横向电场可以表示为: ,,,,,,,,,，,,,,,,“(,) 即一夥?等?(,),,, ,。加上,:即可以得到总的反射电场,，，而,:可以由,。得到。如果介质是有耗的,,,，复的传播常数可以下式表示:,:,,『(,,一,,:)，其中:,’,;,俩、,,,,,,”,,’、?,,,,,(,,”杉了,?、?,,可，,为工作频率， ,为介质损耗角，,,’为介质的磁导率，,’为介质的介电常数，,，，为介质的损耗常数。 为了研究的方便，定义入射波的局部坐标系(，,,,，,。，乒;)，如图,所示，其中盂,为人射波波矢量方向上的单位矢量，台,为入射平面内与入射波波矢量垂直的单位矢量，拳;为垂直与入射平面的单位矢量;同样可以定义反射波的局部坐标系(盂，，台，，圣，)。将入射电场,,和反射电场,，转化到这两个局部坐标系，如果假设人射波的极化方向为鼠方向，如图,所示，那么要实现理想的,的极化旋转，反射波的极化方向就应沿乒，方向,刭。故设入射波电场的仇方向分量为,，乒,方向分量为,，即:,,,,，凰,,，我们用反射波与入射波口方向分量的比值尺来表示极化旋转的效果，,越—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 小，极化旋转的效果越好，尺可以表示为下式,,,: ,涮,,,垒,,,篙黧需(甜声，筝甜?(),(,一 一,一,,,,乒,,,,,、叫,,,,、,, 由此式可以看出实现理想的极化旋转需满足下面两个条件: 斋,一,(电条件),,，,声,,,,,(,,何条件) 根据上面两式，设计步骤如下(取相对介电常数为,(,，介质损耗正切为,(,,): ,)利用遗传算法,,,找出当入射角,,,时，使上面两式最优的口、,和,的尺寸组合; ,)调整角度声，以及微调,、,和,使入射角在一定的范围内都满足设计 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 。(,,) 当频率为,,,,,时，设计结果为口,,(,,,、,,,(,,,、,,,(,,,,,、声,,,。。图,为反射波与入射波口方向分量的比值对入射角的变化曲线，可以看到,在,。到,,,角的范围内两图都满足,低于,,,,。但是口在,,到,,,角的范围内图(,)相对于图(,)，曲线的变化更平缓，更适合于倒置卡塞格伦天线极化旋转板的设计。 也舶圆珥猫谨氆舶 ,,,,,,, ,(,,曲,一,,?,,,,,,,加,(,,,) (,)本设计的变化曲线(,)文献,,,中所给的曲线 图,月对入射角的变化曲线 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ ,,抛物面栅条(副栅条) 天线的抛物面由一系列水平的平行金属栅条构成，并与天线罩的内表面紧贴而合为一体。水平金属栅条的作用是让水平极化波(阿模式波)反射，而让垂直极化波(,,模式波)通过。仿照扭转极化器的设计方法，得出等效电路如下: 其中垂直极化波的等效电路考虑了天线罩厚度(设天线罩壁的厚度为,)带来的影响，可以证明天线罩的厚度对于水平极化波的影响可以忽略。根据抛物面栅条先反射后传输的工作程序，当主面起反射作用时，希望得到全反射，反射系数记为,,,，;同样，当主面为“透明”时，希望得到全透射，记透射系数为,,,”，这样抛物面反射器的传输系数丁可以由上面的等效电路得出: ,,, ,,模式波卜一,,，(，,?卜————。,,，,((卜——斗—,,, ,,模式波璺,,—一 ,?—————,,———————,, ,,’,,” ,，’,，” :,。”,”,?,—,— 图,副栅条的等效电路 ,,,,,黼„) 耻,等黜„燕,,，?,:,、匿,,一,;,,,(,,,,,,—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ ,,)一„(((,,，、,‘, ,,,,,’?,,,,,(,,) 根据上面的公式，设计步骤如下(取介电常数为,(,，,,,,,，介质损耗正切为,(,,):,)利用遗传算法找出当人射角,,,时，使上面两式最优的,和,的尺寸组合; ,)微调,和,使入射角在一定的范围内都满足设计要求。 当频率为,,,,,时，设计结果为口,,(,,,和,,,(,,,,,，下图为传输系数对入射角的变化曲线可以看到在。到,,,角的范围内传输系数都大于,(,,。 ,,, ,,园 图,传输系数对入射角的变化曲线 ,(最终天线设计尺寸及性能预估 本设计由于采用遗传算法进行优化，避免了复杂的曲线族比较，较快而且相对直接的得出主副栅条的各项尺寸参数。我们研制的天线其抛物面的口径,,,,,,,,，,,,,,(,,;抛物面上金属条带的尺寸为:,:,(,,,，,,,(,,,,,;极化扭转板上金属条带的尺寸为:,,,(,,,，,,,(,,,;天线馈源采用角锥喇叭，其口径尺寸为:,(,,,×,(,,,。天线波束扫描范围大于?,,。，电性能计算数据为:增益大于,,,,;副瓣电平低于一,,,,;主瓣宽度小于,(,。。 参考文献 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ ,，,孙道礼等，极化扭转技术在毫米波天线中的应用，宇航学报，,,,,年,,期 ,,,,(,(,,,,,,,,，,(,,,,,,,,,,,(,(,,,,:’,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,瞄’，，,,,,,,,(,,,(,,,,,，(,)，,,(,,,—,,,，,,,, ,,,“,,,,,,,,,,,,,,,,,”，,,,,(,,,,,,,,,(,,,;,,,,,(,,(,,,—,,, ,,,,(,(,,,,,,,,,(,(,,,,,，“,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,;,,,,,,,,,,,,,”,,,,,,;，，,,,，,,,(,,，,,(,,—,,,,陈国良、王煦法等，《遗传算法及其应用》，人民邮电出版社，,,,,,,, 作者: 作者单位:冯强， 窦文斌东南大学毫米波国家重点实验室,江苏,南京,210096 本文读者也读过(10条) 1. 邹春华.陈维锋.郭勇.任文骅.ZOU Chun-hua.CHEN Wei-feng.GUO Yong.REN Wen-hua 基于ARM的毫米波天线自动对准平台系统设计[期刊 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 ]-现代电子技术2011,34(1) 2. 吴鸿超.窦文斌 平板脊波导张角天线宽带性能分析仿真[会议—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 论文]-2005 3. 杜瑞.窦文斌 超宽带双圆锥天线的FDTD分析[会议论文]-2004 4. 冯强.窦文斌 倒置卡塞格伦天线主副栅条的设计[会议论文]-2006 5. 王月娟.张立东.郭敏 光控波束扫描毫米波天线技术[会议论文]-2006 6. 陆卫兵.钱治国.崔铁军.洪伟 快速分析金属载体及其线天线的多区模型[会议论文]-2003 7. 陈敏.赵洪新.洪伟 5.8GHz电子收费系统的研究与设计[会议论文]-2002 8. 何海丹.宁尚国.李秀梅.陈章樑.HE Hai-dan.NING Shang-guo.LI Xiu-mei.CHEN Zhang-liang 快速扫描毫米波单脉冲天线设计[期刊论文]-电讯技术2006,46(4) 9. 纪爱丽.平轶军 毫米波极化扭转天线扭转性能分析[会议论文]-2004 10. 王昌弢.窦文斌 应用于UWB的对踵VIVALDI天线设计[会议论文]-2005 本文链接: ——————————————————————————————————————