太赫兹波纹喇叭天线的研究与设计

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太赫兹波是指频率从0.1THz到10THz的电磁波,良好的分辨性、安全性、和宽带等特性使其具有广泛的应用领域和良好的应用前景。随着加工工艺的突破和精度的提升,传统天线已经能有效地工作在太赫兹频段。太赫兹天线测试是太赫兹天线设计中一项必需的技术。在毫米波天线测试中,紧缩场是一种重要的方法,紧缩场系统主体上由紧缩场天线与微波暗室构成,其中天线部分主要分为馈源和反射面两部分。波纹喇叭天线不仅具有良好的辐射对称性,而且副瓣电平小、交叉极化低,还拥有稳定的相位中心和很宽的工作频带,这一系列的优点使它被广泛应用于高性能反射面天线馈源。本论文的主要内容包括以下几个部分:为了满足太赫兹天线的测试需要,本文基于太赫兹紧缩场对馈源天线的要求,以圆锥型波纹喇叭天线为研究对象。首先介绍了太赫兹技术,波纹喇叭天线的研究背景意义及国内外发展现状。然后对紧缩场和反射面天线的大致工作原理以及波纹喇叭天线的常见结构进行了调研分析,并具体学习了波纹喇叭天线一些相关的场分布特性,又给出了波纹喇叭天线设计中一些常见设计参数的具体选择标准及计算方法,比如频率和带宽、输入和输出口径、槽宽比和槽深以及各种曲线轮廓等,接下来总结了波纹喇叭天线一些常用的配件结构的设计方法,包括三种重要的模式转换器结构以及矩形—圆波导过渡器。基于以上工作,本文对六种不同形式的太赫兹波纹喇叭天线进行了设计,其中包括一种轴向开槽型结构,三种径向开槽型结构和两种混合开槽型结构,给出了详细的参数计算方法和整体天线模型。上述天线的中心工作频率为260.4GHz,频带宽度为217~330GHz,增益均在12dB以上。利用电磁有限元方法对本文所设计的天线进行数值仿真,得到的辐射模式对称性、驻波比、旁瓣水平和交叉极化水平等指标基本都满足设计预期,同时我们还将不同结构天线之间的优劣进行了对比分析。最后,我们对本文的主要工作进行了总结,并针对目前存在的不足和有待进一步研究改善的地方,对未来的工作提出了展望。
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