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1、寬帶寬波束圓極化天線的小型化理論與設(shè)計(jì)研究葉喜紅2015年1月中圖分類號(hào)：UDC分類號(hào)：寬帶寬波束圓極化天線的小型化理論與設(shè)計(jì)研究作者姓名葉喜紅學(xué)院名稱信息與電子學(xué)院指導(dǎo)教師何芒副教授答辯委員會(huì)主席王越院士申請(qǐng)學(xué)位工學(xué)博士學(xué)科專業(yè)電磁場(chǎng)與微波技術(shù)學(xué)位授予單位北京理工大學(xué)論文答辯日期2015年1月TheoryandDesignoftheMiniaturizedBroadbandandWideBeamwidthCircularlyPolarizedAntennasCandidateName：XihongYeSchoolorDepartment:Informationa
2、ndElectronicsFacultyMentor:AssociateProf.MangHeChair,ThesisCommittee：AcademicianYueWangDegreeApplied:DoctorofPhilosophyMajor：ElectromagneticfieldandmicrowavetechnologyDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January,2015研究成果聲明本人鄭重聲明：所提交的學(xué)位論文是我本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作獲得的研究成果。盡我所
3、知，文中除特別標(biāo)注和致謝的地方外，學(xué)位論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得北京理工大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書所使用過的材料。與我一同工作的合作者對(duì)此研究工作所做的任何貢獻(xiàn)均已在學(xué)位論文中作了明確的說明并表示了謝意。特此申明。簽名：日期：北京理工大學(xué)博士學(xué)位論文摘要人類進(jìn)行通信的目的是傳輸和交換信息，現(xiàn)代無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，使人們之間的通信幾乎擺脫了距離和時(shí)間的限制。天線是無線通信系統(tǒng)中不可或缺的基本部件，是輻射和接收電磁波的轉(zhuǎn)換裝置。為了適應(yīng)現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)小型化的發(fā)展需求，天線的小型化設(shè)計(jì)也顯得尤為重要和迫切。針對(duì)于此，本文在盡量
4、保持天線良好電性能的前提下，致力于諧振類天線的小型化理論與設(shè)計(jì)研究，重點(diǎn)研究具有寬帶、寬波束、圓極化特征的天線小型化設(shè)計(jì)理論與方法，主要研究?jī)?nèi)容和研究成果概括如下：首先，結(jié)合現(xiàn)有的天線小型化技術(shù)，提出了一種新型的寬帶圓極化微帶天線結(jié)構(gòu)。應(yīng)用高介電常數(shù)的介質(zhì)基板減小天線尺寸，同時(shí)利用一種新穎的雙饋電結(jié)構(gòu)展寬了天線的工作頻帶，完成了寬帶圓極化U形縫隙微帶天線的小型化設(shè)計(jì)。該天線具有0.33λ0×0.33λ0×0.068λ0的較小尺寸，且在20%以上的有效工作帶寬內(nèi)具有穩(wěn)定的輻射特性。針對(duì)該天線結(jié)構(gòu)，提出了一套完整且具有相當(dāng)精度的分析與設(shè)計(jì)公式，便于快速而準(zhǔn)確地預(yù)估天線
5、結(jié)構(gòu)參數(shù)。其次，將折疊導(dǎo)體腔結(jié)構(gòu)加載到寬帶圓極化U形縫隙微帶天線中，進(jìn)一步有效地減小了天線結(jié)構(gòu)尺寸、展寬了輻射波束。然后，通過對(duì)折疊導(dǎo)體腔結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，簡(jiǎn)化了導(dǎo)體腔加載天線結(jié)構(gòu)的制作工藝、降低了成本，并且改善了天線的輻射性能。利用這種改進(jìn)的導(dǎo)體腔結(jié)構(gòu)，提出了一種新型的寬波束圓極化天線結(jié)構(gòu)，該天線具有可覆蓋幾乎整個(gè)上半空間的3dB軸比波束寬度。其次，針對(duì)在具有強(qiáng)約束條件應(yīng)用平臺(tái)上的天線設(shè)計(jì)問題，作者根據(jù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)了一套天線—平臺(tái)一體化建模設(shè)計(jì)的基本流程，利用該流程分別在S波段和C波段成功地設(shè)計(jì)了滿足嚴(yán)苛指標(biāo)要求的彈載天線結(jié)構(gòu)。在S波段提出了一種單饋寬波束圓極化背腔式縫
6、隙天線結(jié)構(gòu)，采用交叉縫隙結(jié)構(gòu)展寬天線的輻射波束、利用折疊縫隙減小天線的尺寸、優(yōu)化同軸饋電位置改善輸入端口的阻抗匹配和天線的圓極化輻射性能。將兩個(gè)相同的天線結(jié)構(gòu)對(duì)稱地安裝于彈體上，在不違背二元陣列工作原理和特性的前提下，使得該二元陣列具有近似全向輻射特性。在C波段，提出了一種端射寬波束圓極化微帶八木天線結(jié)構(gòu)，端射方向上此天線在較寬的頻帶內(nèi)具有足夠大的增益，并且同o時(shí)在俯仰面和水平面均具有80左右的圓極化輻射波束寬度。最后，為了打破常規(guī)天線結(jié)構(gòu)小型化設(shè)計(jì)的瓶頸，本文對(duì)基于超表面結(jié)構(gòu)1北京理工大學(xué)博士學(xué)位論文（Metasurface）的天線小型化技術(shù)進(jìn)行了較為深入的理論
7、研究和設(shè)計(jì)方法探討。首先將部分反射面（PartiallyReflectiveSurfaces，PRS）結(jié)構(gòu)和疊層圓極化微帶天線結(jié)合，利用PRS改善了天線的方向性、提高了天線增益，提出了一種具有較寬工作頻帶的高增益圓極化天線結(jié)構(gòu)。該高增益天線結(jié)構(gòu)與相應(yīng)的陣列天線相比，具有更小的橫向尺寸，這對(duì)于有效地減少大型天線陣列中天線單元數(shù)、降低工程成本具有一定的意義。另一方面，研究了基于電抗性阻抗表面（ReactiveImpedanceSurfaces，RIS）結(jié)構(gòu)的圓極化天線小型化理論與技術(shù)。首次利用RIS結(jié)構(gòu)表面電抗的容性區(qū)域降低了天線工作頻率，與其他學(xué)者僅利用RIS感性區(qū)
8、域的方式相
