【摘 要】
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在当代无线通信技术中,圆极化天线可以有效解决极化失配、多径效应和法拉第效应等问题,因此被广泛应用于各种通信系统当中。作为实现圆极化辐射的有效方法,圆极化器受到广泛关注。其通常具有性能稳定、可灵活应用于不同类型天线的优点,是一种重要的射频/微波器件,具有很大的研究价值。3D打印技术是一种新兴的增材加工工艺,相比于传统工艺,可以胜任复杂、异形结构的加工,同时具有省时、省力、省材的优势。这项技术已广泛应
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在当代无线通信技术中,圆极化天线可以有效解决极化失配、多径效应和法拉第效应等问题,因此被广泛应用于各种通信系统当中。作为实现圆极化辐射的有效方法,圆极化器受到广泛关注。其通常具有性能稳定、可灵活应用于不同类型天线的优点,是一种重要的射频/微波器件,具有很大的研究价值。3D打印技术是一种新兴的增材加工工艺,相比于传统工艺,可以胜任复杂、异形结构的加工,同时具有省时、省力、省材的优势。这项技术已广泛应用于农业、医疗、航空等各个领域,近年来在微波/射频领域也受到了广泛关注。文本旨在将3D打印技术与极化器设计相结合,利用前者的技术优势,提出新型的极化器设计,并应用于圆极化天线当中。具体的创新成果包括以下三个部分:1、提出了一款环形介质极化器。常见的介质极化器多为平面结构,较少有环形结构的研究,而环形极化器可以有效解决方位面上电磁波的极化转换问题。此部分内容对针对这一问题展开研究,分别讨论了在环形连续口径和分段口径的情况下,极化器的工作及设计机理。利用双锥结构和夹角反射器作为馈源,提出了两款天线设计,分别为全向天线和全方位面扫描的多波束天线。两款天线均采用3D打印一体成型,具有宽带、性能稳定的优点。2、提出了一款单介质片极化器。传统的介质极化器多为周期性排列的多介质片结构,结构较为复杂且体积较大。此部分内容对传统设计进行了改良,通过仿真和实验证明简化的单个介质片也可以实现宽带的极化转换。此外,基于该极化器提出了一款具有全方位面扫描能力的多波束环形天线阵列。该阵列中金属部分和介质部分分别由金属、介质3D打印技术实现。工作带宽几乎覆盖整个Ka波段且扫描过程中半功率波束宽度和3 d B轴比波束宽度覆盖整个方位面。3、提出了一款波导内置极化器。除了外部极化器以外,波导内置极化器也有广泛的应用。此部分中提出了一款线性渐变的双脊极化器,其通过结构互补的方式设计于介质填充的圆波导内。基于此结构提出了一款开口波导天线单元和一款1×4阵列。单元和阵列均采用介质3D打印技术一体成型,通过电镀实现波导壁。两个设计可以有效解决传统开口波导天线体积大、重量重、加工难的问题。
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