Research on Multi-beam Reflector Antenna Based on FP Array Feeds and Espps Graphene Attenuator

作     者：应振楠 

作者单位：东南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘震国

授予年度：2021年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：法布里-珀罗谐振腔天线 多波束天线 双圆极化 等效表面等离激元 石墨烯 衰减器 

摘      要：随着社会科技的进步和发展,人们之间的交流愈加频繁,对数据传输的要求也越加巨大,再加之通信应用领域的拓展,通信环境也更加复杂和全面。因此通信系统需要具备更全面、稳定、可调节的性能。在特定的雷达系统和卫星通信系统中,天线不仅是一个必不可少的具备高频电流与电磁波转换功能的设备,而且它还被要求具有高增益、窄波束、多波束、多极化和全覆盖等特性,这也使得多极化全覆盖的多波束天线成为当前研究的热点。石墨烯作为一种具有良好的光学、热学、电磁学等特性的二维材料,在材料、化学、通信、生物、医学等领域有了重要的应用。并且石墨烯在微波频段具有电阻可调的特性,因此它被广泛应用于动态可调的微波器件。其中,动态可调的衰减器在相控阵天线等通信系统中有巨大的应用前景。本文的研究工作主要集中在以下几个方面:第一,分析了阵列馈源在旋转抛物面反射面中辐射的原理,并基于此原理设计了一个线极化Fabry-Perot谐振腔天线单元,并将其组合成3*3的阵列,通过仿真和实验均证明了该天线具有较高的增益,端口隔离度和良好的副瓣表现。进一步采用Fabry-Perot谐振腔阵列作为旋转抛物面的馈源,使得全覆盖多波束天线的馈源间距缩小。第二,基于反射叠加的线极化转化为圆极化波的原理,提出了一种能将不同方向的线极化波转化为不同旋向的圆极化波的手性超材料结构。以该超材料结构阵列作为部分反射表面,采用x轴方向和y轴方向线极化波馈源馈电,设计了一种双圆极化的FabryPerot谐振腔天线单元。将双圆极化Fabry-Perot谐振腔天线单元组合成3*3的阵列,并采用合适了的旋转抛物面反射面设计成全覆盖的多波束天线。所设计的圆极化多波束天线结构简单易加工,且无需复杂的馈源和馈电网络。第三,基于等效表面等离激元的原理和石墨烯在微波段电阻可调的特性,设计了两个基于石墨烯的动态可调的ESPPs衰减器。同时利用模式匹配分析和横向等效网络的方法分析和计算了衰减器内的电磁场以及参数对衰减量的影响,并通过仿真和实验进行了验证。