毫米波空间功率合成高斯波束的研究

论文摘要

电磁波作为人类进行无线通信的载体已有百余年时间,但以电磁波作为能量传输载体的研究却是近几十年才兴起的,其在无线能量传输、高功率毫米波源、毫米波成像、微波能武器等应用领域具有重要意义。这些应用都对电磁波的功率级别有一定要求,但单个发射模块能够承载的功率有限。因此,如何将多个发射模块的输出功率在空间进行合成并有效传输是亟待解决的重要课题。进一步地,电磁波在空间的聚束传播可以采用高斯波束,本课题旨在探索如何将射频功率在空间合成并转换成高斯波束。高斯波束是由聚焦形成的,聚焦的形式主要分为透射式和反射式两种。透镜和反射镜作为透射式和反射式聚焦的传统方式,造价高昂且设计不够灵活,因而不适合作为本课题的聚焦方案。透射阵的反射过大也不适合应用于本课题的大功率场景,因此,本课题采用反射阵的聚焦方式。本文通过介绍高斯波束理论和近场聚焦技术的基础理论,从理论上分析了空间功率合成和聚焦的实现机理,进一步提出了一种毫米波空间功率合成高斯波束的实现方案。本论文的工作及研究内容如下:（1）本文设计了一种工作在Ka频段的喇叭天线,采用端接后馈式馈电方式。为了方便后续使用,喇叭天线设计成标准增益（10dBi）,喇叭口径为14mm×12mm。在整个Ka频段内,该喇叭天线有很好的回波特性和辐射特性,增益随频率的增大而增大,且保持在10dBi左右。喇叭天线的过渡部分采用单脊波导将同轴线的TEM模转换成标准矩形波导的TE10模,并通过单脊波导的阶梯阻抗变换将低阻抗的同轴线过渡为高阻抗的标准矩形波导。过渡模块在Ka频段有良好的回波特性,总体上低于-18dB。将7个喇叭天线作为馈源并采用“三角形格栅式”布阵方式,进行空间功率合成。（2）基于近场聚焦反射阵的工作原理,本文提出了一种新方法用于生成高斯波束。该方法采用BFGS拟牛顿法优化算法以近场聚焦反射阵原理得到的补偿相位为初始值对聚焦点处的场幅度分布进行优化,并将优化后的补偿相位用全波电磁仿真进行验证。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 孙川

导师: 李家林

关键词: 高功率,空间功率合成,高斯波束,喇叭天线,近场聚焦反射阵

来源: 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: 电子科技大学

分类号: O441;TN822

总页数: 77

文件大小: 3995K

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