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液晶电控扫描漏波天线的研究

刘晓昕  
【摘要】:漏波天线是近年来天线领域研究的热点问题,它具有辐射效率高、方向性强等优点。尤为关键的是漏波天线本身具有波束随频率扫描的特性,如果进一步在天线上加载电控元件,就可以很方便地使漏波天线波束方向实现电控扫描。然而,当前电控扫描漏波天线的研究仍然存在一些关键问题亟待解决,其中包括:1.现有的电控扫描漏波天线多基于变容二极管等固态微波器件,这些器件的寄生参数使天线难以工作在X波段以上的频段。2.迄今为止,有关漏波天线的波束控制方法的研究很少,更鲜有针对电控扫描漏波天线波束控制方法的研究工作见诸报道。针对上述问题,本文利用液晶材料的电控性,提出了基于液晶的电控扫描漏波天线的设计方法,并设计了四种工作于X和Ku波段的液晶的电控扫描漏波天线,通过改变液晶两端的偏置电压值,天线可实现主瓣波束的过零扫描特性,并且在过零扫描过程中天线一直保持良好的匹配状态。此外,本文中设计的液晶电控扫描漏波天线还具有液晶灌注简单、控制方便、增益高、小型化等优势。为了进一步增强对所设计的液晶电控扫描漏波天线波束的控制、实现天线方向图的赋形,本文对液晶电控扫描漏波天线的波束控制方法进行了深入研究。提出了对周期性漏波天线不同单元中的液晶分别施加不同的电压的方法,仅改变外加电压值即可实现对液晶电控扫描漏波天线波束的控制,而无需改变天线设计参数。编写模拟退火算法和遗传算法等智能算法程序,实现了主瓣方向、旁瓣电平和波束稳定度等参数的优化,实现了天线方向图的赋形,算法计算结果与全波仿真结果吻合良好。


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