波导缝隙天线阵列的水平极化纯度设计与优化研究

摘要

伴随着全球航空业的迅猛发展，机场的飞机起降架次和地面通勤服务车辆数目急剧增加，如何在复杂的机场环境下管理日益增多的飞机和地面通勤服务车辆，将成为未来机场地面指挥管理亟需解决的问题。此外，由于人为、气候、地形因素，尤其是在低能见度甚至视线被障碍物遮挡的情况下，塔台和站坪的管理指挥工作将变得更加复杂。故场面监视雷达成为了解决以上问题的重要一环，而作为这一雷达系统的重要硬件组成部分——波导缝隙阵列天线，在各场面监视雷达中广泛应用。 波导缝隙天线是指在波导壁上开一系列特定角度和深度的缝隙，通过破坏波导壁电流进而实现电磁波的辐射。在物理结构上，波导缝隙天线的馈电与辐射系统是一体的，所以具有结构简单、安装方便、强度较好等优点；在性能指标上，波导缝隙天线同时兼有传输线与辐射天线的双重特性，所以具有辐射效率高、波瓣窄、副瓣低等优点。但是单独的波导缝隙并不能实现场面监视雷达要求的所有特性：低副瓣、窄波瓣、俯仰面方向反余割平方赋形、圆极化辐射等，往往需要与其他功能模块进行良好的匹配，方能实现。 故本文主要的研究工作包括对波导缝隙天线的极化特性进行探讨研究，并依托实际工程项目展开相应工作的探究。 1.对简单的波导缝隙天线的研究：基于最简单的波导缝隙结构，在给定一个矩形波导的情况下对其缝隙切深深度和倾角进行分析，借助HFSS仿真软件和实物测试结果得出变化规律。 2.装配极化滤波片后极化性能的探究：在已有的波导缝隙天线的基础上设计合适的极化滤波片并装配，减少作为交叉极化的垂直极化分量。按照一般的设计是利用传输线理论设置好滤波片匹配时的导纳使得波导缝隙天线和极化滤波片匹配良好，而对于两者的设计缺乏合适的模型和简单的公式，力求在研究过程中形成有效的设计流程。 3.极化纯度的优化：在完成计算机仿真后结合实物测试进行极化纯度的优化设计，以上述的研究为基础，更进一步地提炼已有成果，结合工程上的可实现性分析并完善。

目录

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第一章 绪论

1.1 背景和研究意义

1.2 场面监视雷达（SMR）天线部分的简介

1.3 发展历史——波导缝隙天线

1.4 波导缝隙天线的交叉极化抑制

1.5 本文研究内容安排

第二章 波导缝隙阵列天线原理

2.1 引言

2.2 波导缝隙阵列天线

2.3 矩形波导缝隙天线的等效电路分析

2.3.1 宽边纵向缝隙

2.3.2 宽边倾斜缝隙

2.3.3 窄边中心斜缝隙

2.4 波导窄边缝隙天线的场分析

2.5 波导窄边缝隙天线阵列交叉极化抑制方法

2.5.1 加装扼流槽

2.5.2 加装平行金属栅网

2.5.3 加装平行金属板

2.6 本章小结

第三章 波导窄边缝隙天线的设计

3.1 引言

3.2 技术路线分析

3.3 波导单缝倾角变化对交叉极化影响的探究

3.4 波导缝隙数目变化对交叉极化影响的探究

3.5 本章小结

第四章 极化滤波器的仿真设计

4.1 引言

4.2 极化滤波器的选择

4.2.1 含极化滤波器的波导缝隙天线缝隙数目的交叉极化探究

4.2.2 极化滤波片的设计与优化

4.3 实物装配测试前可能存在的问题探究

4.3.1 含极化滤波器的波导缝隙天线的壁厚对交叉极化影响的评估

4.3.2 喇叭同极化滤波片贴合存在空隙对交叉极化的评估

4.4 本章小结

第五章 实物测试

5.1 引言

5.2 小天线的仿真与实测

5.3 装配极化滤波器的波导缝隙天线的实测

5.3.1 波导缝隙天线的实测

5.3.2 场面监视雷达天线的实测

5.4 本章小结

第六章 总结

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果