人工电磁材料宽角扫描阵列天线的研究

论文摘要

变换光学（TO）,也被称为变换电磁学,是近年来提出的一种可以按照人们的意愿任意调节和控制电磁波的理论方法,适用于任何电磁现象。该理论的核心是空间中的坐标变换,即构建不同坐标系之间对应的映射关系,此时变换空间中媒质的本构参数就会发生变化,由此一些具有特殊性能的电磁超材料应运而生,这些超材料由于强谐振产生的特殊电磁性能,不可避免地会导致窄带宽以及高损耗。为了解决这些问题,有人提出了准保角变换光学（QCTO）理论,该理论保留了变换后电磁空间的各向同性、低损耗以及宽频带等特点,为应用纯介质构建变换空间实现可能。本文将变换光学与阵列天线相结合进行研究,主要内容如下:1、以空间变换前后Maxwell方程组的协变性为理论基础,应用准保角光学变换理论对空间变换前后的虚拟空间和物理空间系进行设计,在相同的激励条件下,使得共形阵列在物理空间中的远区场与虚拟空间中直线阵列的远区场相互等效。2、在二维情况下计算并获得空间变换后物理空间的电磁本构参数分布,并进行离散化处理。设计了电尺寸远小于波长的框架形介质单元,通过控制其结构参数以及在框架内填充其他介质,可以实现整个单元结构等效介电常数在一定范围内渐变,并应用这种结构对物理空间进行实际构建。3、在X波段设计了一个介质透镜,将其覆盖于共形在均匀圆柱面的微带共形阵天线上。仿真结果显示,加载透镜的共形阵天线应用直线阵列简单的线性相位分布,就可以实现H面-60°+60°的宽角扫描,并且与直线阵列的归一化方向图相互等效,同时透镜共形阵相比于直线阵列具有较强的定向性。4、应用3D打印技术制作了一块非对称结构的介质透镜,将其加载在中心频率为8GHz的微带共形阵天线上,其共形表面同样具有不对称性且曲率较大。基于Wilkinson功分器设计了移相网络对天线进行馈电。对整套透镜天线系统仿真并且加工测试。结果显示,具有不对称结构的共形阵透镜天线同样可以与自由空间中直线阵进行辐射效果上的等效,验证了变换光学对电磁波的调控作用。本文研究表明,利用准保角变换光学理论设计的介质透镜可以控制电磁波的传输路径。此外,该理论将直线阵列天线与共形阵列天线用一块特殊设计过的空间进行等效,同时也省去了共形阵列天线设计时的复杂的优化过程,为共形天线阵列的设计以及其他的天线研究领域提供出崭新的思路。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 范炜煌

导师: 雷娟

关键词: 变换光学,准保角变换光学,共形阵天线,等效介质材料,打印透镜

来源: 西安电子科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,电信技术

单位: 西安电子科技大学

分类号: TN820;O482.54

DOI: 10.27389/d.cnki.gxadu.2019.002301

总页数: 99

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标签：变换光学论文;  准保角变换光学论文;  共形阵天线论文;  等效介质材料论文;  打印透镜论文;