毫米波亞毫米波天線關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、近年來，隨著高速無線通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，微波頻段的頻譜資源已日趨枯竭。因此，研究與開發(fā)毫米波乃至亞毫米波頻段的頻譜資源成為了當(dāng)務(wù)之急。而毫米波亞毫米波天線作為無線通信系統(tǒng)中的重要部件也受到越來越多的關(guān)注。本論文分別對毫米波透射式平面軌道角動量天線、毫米波反射式平面軌道角動量天線、高性能的毫米波平面圓極化陣列天線以及太赫茲高高斯耦合度光滑喇叭天線等進(jìn)行了較為深入的研究。論文的主要工作如下:
　　第一章首先對透射式的平面軌道角動量(O

2、rbital Angular Momentum，OAM)天線的整體設(shè)計方案進(jìn)行了研究，提出了基于平面透射陣列天線的平面螺旋移相面設(shè)計思路并給出了設(shè)計公式。該平面螺旋移相面通過在周期排列的相位調(diào)節(jié)單元上打空氣通孔實現(xiàn)，利用仿真軟件可以得到空氣孔孔徑與透射相位的關(guān)系。然后，分別設(shè)計了工作在94GHz的單板單模平面透射式軌道角動量天線和單板多模透射式平面軌道角動量天線。最后對兩款天線遠(yuǎn)場的幅度和相位方向圖分別進(jìn)行了測試，并通過得到的相位方向圖

3、提取了兩款天線波束的軌道角動量模式系數(shù)譜，證明了設(shè)計方法的有效性。上述研究結(jié)果已發(fā)表于Scientific Reports。
　　第二章提出了偏饋反射式的軌道角動量天線。首先基于平面反射陣列天線給出了偏饋反射式軌道角動量天線整體設(shè)計的思路和設(shè)計公式。然后通過設(shè)置主從邊界條件的仿真方法得到反射相位隨調(diào)相單元中孔徑變化的關(guān)系。接著從單元和整體的角度分別分析了偏饋角度對天線性能的影響。最后設(shè)計了一款工作在94GHz的反射式軌道角動量天線

4、，并測量了其幅度相位方向圖以及軌道角動量模式系數(shù)譜。上述研究結(jié)果已發(fā)表于IET Microwaves,Antennas&Propagation。
　　第三章主要研究了平面寬帶圓極化陣列天線。首先基于基片集成同軸線(Substrate Integrated Coaxial Line，SICL)和背腔貼片天線設(shè)計了一款工作在E波段的圓極化陣列天線。然后提出并分析了一種新型波導(dǎo)到基片集成同軸線轉(zhuǎn)接結(jié)構(gòu)，該轉(zhuǎn)接結(jié)構(gòu)能實現(xiàn)兩組寬帶等幅反相差

5、分傳輸。基于此轉(zhuǎn)接結(jié)構(gòu)設(shè)計了一款緊湊型的平面圓極化陣列天線。與傳統(tǒng)的蜿蜒線結(jié)構(gòu)相比，基于新型饋電結(jié)構(gòu)的天線陣列面積減小了約47％。測試得到該緊湊天線陣列的3dB軸比帶寬達(dá)到了9.3％，回波損耗帶寬達(dá)到了19.9％，頻帶內(nèi)的最高增益為12.3dBi。本章的部分結(jié)果將發(fā)表在IET Microwaves,Antennas&Propagation（已錄用）。
　　第四章主要開展了太赫茲高高斯耦合度光滑喇叭天線的研究。首先采用模式耦合技術(shù)(

6、Mode Coupling Technique)對四段式多模喇叭天線進(jìn)行了分析，得到喇叭口面模式分布。然后利用三次樣條曲線(Cubic Spline)對四段式喇叭天線進(jìn)行光滑化處理，得到光滑曲面初始喇叭天線。接著利用MATLAB和CST WMS對該光滑曲面喇叭天線進(jìn)行聯(lián)合仿真，基于回溯搜索算法迭代優(yōu)化得到在220GHz處高斯耦合度超過99％的喇叭天線。最后對該喇叭天線進(jìn)行了加工測試，其回波損耗、遠(yuǎn)場方向圖和增益均與仿真結(jié)果高度吻合，證明