基于梯度折射率器件的波束掃描陣列研究.pdf

1、波束掃描陣列可以實現(xiàn)電磁波的高增益輻射和掃描，但在應用時存在掃描范圍有限，系統(tǒng)復雜的問題。梯度折射率器件可以實現(xiàn)電磁波傳播方向的調控，將其應用于波束掃描，具有傳統(tǒng)波束掃描陣列所不具備的優(yōu)勢。變換光學和超材料(Metamaterial)分別從理論和實現(xiàn)方法上為設計新型梯度折射率器件提供了有力工具。如何設計具有波束掃描潛力的新型梯度折射率器件，進而實現(xiàn)掃描范圍廣、結構簡單的波束掃描陣列，是目前電磁場和微波毫米波領域研究的熱點。
　　本

2、文首先研究了基于球梯度龍伯透鏡的波束掃描陣列。根據(jù)球梯度龍伯透鏡可將沿任意方向入射的平面波聚焦于其表面一點的特性，將離散天線單元均勻排布于龍伯透鏡表面，通過對離散天線單元順序饋電實現(xiàn)了寬掃描范圍內的高增益波束掃描;在此基礎上，提出利用天線陣列對球梯度龍伯透鏡進行饋電，通過控制每個陣元的饋電幅度和相位分布，實現(xiàn)對陣列相位中心的調整，進而實現(xiàn)一定角度范圍內的等增益連續(xù)波束掃描;設計加工了1×4單極子天線陣列和滿足三種掃描角度的幅相饋電網(wǎng)絡，

3、對龍伯透鏡波束掃描陣列的高增益、小角度掃描范圍內等增益連續(xù)掃描特性進行了實驗驗證。
　　其次，研究了基于平面化龍伯透鏡的波束掃描陣列。分析了現(xiàn)有的平面化龍伯透鏡的焦平面尺寸與可容納平面天線單元數(shù)目的關系，指出現(xiàn)有方法設計的平面化龍伯透鏡焦平面尺寸有限，難以容納足夠數(shù)目的平面陣元以實現(xiàn)掃描范圍內半功率波束全覆蓋的缺點;基于變換光學原理提出了平面化龍伯透鏡焦平面的延展設計方法，該延展焦平面可容納足夠數(shù)目的平面陣元，進而實現(xiàn)掃描范圍內半

4、功率波束的全覆蓋;設計并加工了具有延展焦平面的平面化龍伯透鏡，在其焦平面處對1×9的微帶陣列進行順序饋電，實現(xiàn)了±42°掃描范圍內半功率波束的全覆蓋。
　　最后，基于光學雙折射原理，提出了基于介質周期結構的非磁性雙折射梯度折射率透鏡。分析了不同類型梯度折射率器件實現(xiàn)雙折射所需滿足的介電常數(shù)分布;然后基于龍伯透鏡對平面波的聚焦特性和伊頓透鏡對平面波的偏轉特性，研究了對入射平面波的垂直和水平極化分量分別具有聚焦和偏轉功能的雙折射徑向梯