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作者：吴文杰南京邮电大学

学位级别：硕士

圆极化选择表面（Circular Polarization Selection Surface,CPSS）作为一种空间滤波器,对工作在同一频率下的不同圆极化电磁波具有极化选择特性,被广泛的应用于极化分集天线系统的设计中。由于传统的CPSS单元加工复杂,斜入射性能不稳... 详细信息

圆极化选择表面（Circular Polarization Selection Surface,CPSS）作为一种空间滤波器,对工作在同一频率下的不同圆极化电磁波具有极化选择特性,被广泛的应用于极化分集天线系统的设计中。由于传统的CPSS单元加工复杂,斜入射性能不稳定等缺点,致使其越来越难以应用于设计现如今通信系统中的多功能天线。因此,探索简单的新型CPSS结构并将其用于天线设计具有一定的研究价值。在本论文中,利用弯折线实现了CPSS单元的小型化,创新性地提出基于耦合线的正交插接加工方式,简化了制造、装配的难度,并给出一种改善轴比的方法。在此基础上利用新型CPSS单元实现了多功能圆极化反射阵天线的设计,具体研究内容如下:（1）首先介绍了CPSS的研究背景与意义,再从基本工作原理上对传统CPSS进行分类与对比,然后着重分析了基于Pierrot单元的CPSS。最后,针对反射阵天线的设计,给出了一系列详细的设计流程,奠定了利用CPSS单元准确设计圆极化反射阵天线的基础。（2）从Pierrot单元的工作原理出发,设计了一种具有低轴比的新型小型化CPSS。通过深入分析单元表面的谐振电流,建立了表面电流辐射模型。根据电流辐射模型计算出CPSS的交叉极化零点频率,同时通过多项式函数拟合出单元尺寸与谐振频率的关系,实现了此类CPSS的快速设计。最后通过对此类CPSS的交叉极化的分析,提出了一种可以改善轴比的设计方法。（3）利用单层印刷电路板技术加工了所设计的新型CPSS结构,并在线极化空间测试系统中对其进行测量,获得了该CPSS结构的最终测量数据。新型CPSS结构及其低轴比改进结构的测试结果与全波仿真结果吻合良好,斜入射性能稳定。（4）利用新型CPSS单元进行多功能反射阵天线阵面的设计,实现了在10GHz附近对左旋圆极化入射波进行波束赋形,并同时透射右旋圆极化波的功能。基于阵列理论编写辐射方向图快速计算程序,通过全波仿真软件验证其可靠性。最后对设计的多功能反射阵天线进行加工和测试,测得10GHz处的增益为21.4d B,口径效率35.5%,轴比低于1.6d B,并验证了其对右旋圆极化波的透射性能。

关键词：圆极化选择表面电流辐射模型空间测量法反射阵天线多功能

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圆极化选择表面在多功能反射阵中的应用研究

圆极化选择表面在多功能反射阵中的应用研究

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作者：张黎解放军信息工程大学

学位级别：硕士

反射阵天线兼具抛物面天线与相控阵天线的优势,是目前长距离高增益天线的主要研究方向。可实现极化复用或频率复用的多功能反射阵能够进一步减小体积、降低成本,在无线通信领域尤其是卫星天线中具有重要实用价值,但也一直是反射阵的研... 详细信息

反射阵天线兼具抛物面天线与相控阵天线的优势,是目前长距离高增益天线的主要研究方向。可实现极化复用或频率复用的多功能反射阵能够进一步减小体积、降低成本,在无线通信领域尤其是卫星天线中具有重要实用价值,但也一直是反射阵的研究难点。将圆极化选择表面(circular polarization selection surface,CPSS)应用于反射阵,可使阵面在进行波束控制的同时具有圆极化分辨功能,是多功能反射阵研究中重要的新兴方向。但是目前CPSS单一的工作方式也限制着基于CPSS的多功能反射阵的发展。针对多功能反射阵的应用需求和CPSS工作方式单一的问题,本文对新型CPSS在多功能反射阵中的应用进行了逐步深入的研究。主要包括基于传统CPSS的双圆极化反射阵设计并波束赋形、CPSS的功能扩展研究和基于双模CPSS的多功能圆极化反射阵研究三个部分。所取得的主要研究成果和创新点如下:(1)针对现有双圆极化反射阵辐射效率低及双圆极化波束赋形难的问题,设计了基于传统CPSS单元的高效率双圆极化反射阵并实现波束赋形。通过CPSS的圆极化分辨功能实现双层阵面对双圆极化波的独立控制;准确相位补偿保证天线辐射效率及波束赋形能力。反射阵在双圆极化波入射时具有?20?的波束指向,效率分别为49.7%和49.3%,相比现有双圆极化反射阵效率提高了24%。基于此反射阵首次实现了双圆极化波的波束赋形。双圆极化波入射时,目标赋形区域增益分别达到14dBi和16d Bi,无内陷点,且赋形区域内交叉极化电平均小于-20dB。(2)针对传统CPSS工作方式单一的问题,对其进行了双频、双模式和双圆极化三方面的功能扩展研究。采用单极天线的多频带实现方式,设计了基于缝隙加载的双频CPSS,其可在X/Ku波段实现圆极化选择;利用金属条的高次谐振模,设计了单谐振器双模式CPSS,其在一种模式中表现为左旋圆极化选择表面(left-handed circular polarization selection surface,LHCPSS),在另一种模式中表现为右旋圆极化选择表面(right-handed circular polarization selection surface,RHCPSS);采用可重构天线工作方式,设计了双极化可重构CPSS,其可通过开关器件加载实现同频段下的LHCPSS与RHCPSS转化。所设计的三种多功能CPSS结构在各自工作频段内目标圆极化波的反射系数与透射系数均大于-1dB,呈现出良好的多功能圆极化选择特性。(3)针对目前多功能反射阵结构复杂与功能集成不足的问题,在多功能CPSS的研究基础上,首次提出了一种可应用于圆极化反射阵的双模CPSS单元,并以此进行了单层双频圆极化反射阵的设计加工与双频双圆极化反射阵的实现方式探索。设计的单层双频圆极化反射阵在11.6GHz和14.6GHz效率分别达到了41.2%和55.5%,并在各自1dB增益带宽内轴比小于1.6d B。双频性能与天线结构均优于现有多层双圆极化反射阵,且具有双频的圆极化分辨特性,可与其它天线组合实现极化复用。基于所研究的双频反射阵与双圆极化反射阵工作原理,首次提出了双频双圆极化反射阵的实现方式并给出可行性分析,对反射阵的多功能研究具有重要借鉴意义。

关键词：圆极化选择表面反射阵多功能双圆极化双频

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圆极化选择表面的设计与仿真

圆极化选择表面的设计与仿真

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2013年全国天线年会

作者：王海涛吉文艳刘晓明姚远俞俊生陈晓东北京邮电大学电子工程学院伦敦大学玛丽女王学院

本文通过Pierrot模型进行圆极化选择表面的仿真与设计。设计出一款中心频率点为45GHz,频带2GHz的左旋圆极化选择表面。文章对采用的结构在垂直入射和300角斜入射两种情景下进行仿真设计。分析了出射曲线的极化类型、透射和反射曲线、透... 详细信息

本文通过Pierrot模型进行圆极化选择表面的仿真与设计。设计出一款中心频率点为45GHz,频带2GHz的左旋圆极化选择表面。文章对采用的结构在垂直入射和300角斜入射两种情景下进行仿真设计。分析了出射曲线的极化类型、透射和反射曲线、透射系数、轴比。

关键词：圆极化选择表面左旋极化频率选择表面斜入射

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双圆极化反射单元的设计与分析

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微波学报 2023年第S1期39卷 92-94页

作者：徐衍昕张万平常玉梅李波南京邮电大学电子与光学工程学院南京210023

圆极化选择表面(Circular Polarization Selection Surface,CPSS)作为一种空间滤波器,对工作在同一频率下的不同圆极化电磁波具有极化选择特性,被广泛应用于极化分集天线系统的设计中。文中提出了一种基于三维CPSS的双圆极化反射单元,... 详细信息

圆极化选择表面(Circular Polarization Selection Surface,CPSS)作为一种空间滤波器,对工作在同一频率下的不同圆极化电磁波具有极化选择特性,被广泛应用于极化分集天线系统的设计中。文中提出了一种基于三维CPSS的双圆极化反射单元,工作在同一频段,利用弯折印刷金属条带实现了CPSS单元的小型化,并提出了正交插接加工方式,简化了制造、装配的难度,在卫星通信领域具有良好的应用前景。

关键词：圆极化选择表面双圆极化三维

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毫米波功率合成系统的研究与设计

毫米波功率合成系统的研究与设计

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作者：王海涛北京邮电大学

学位级别：硕士

本文内容为作者在“毫米波功率合成准光技术方案验证”项目中承担的相关工作。毫米波段位于微波波段和红外波段之间,因拥有波长极短、带宽很大以及全天候特性等关键特性,在雷达制导、大气探测等领域被广泛应用。毫米波系统的研究也对毫... 详细信息

本文内容为作者在“毫米波功率合成准光技术方案验证”项目中承担的相关工作。毫米波段位于微波波段和红外波段之间,因拥有波长极短、带宽很大以及全天候特性等关键特性,在雷达制导、大气探测等领域被广泛应用。毫米波系统的研究也对毫米波源的功率提出了更高的要求,对毫米波功率合成器件的研究应运而生。准光技术作为利用各种准光器件调节电磁信号的一种先进的技术,以损耗小、多极化处理能力强、能够处理高功率辐射等特点,取代电路式和空间功率合成技术,在毫米波功率合成领域拥有巨大优势。与现有的功率合成技术相对应,本文使用准光技术频率选择表面完成毫米波功率合成的目标,实现在中心频率点44.5GHz,带宽2GHz范围内,完成两路功率发射机的功率分时合成。分别通过设计毫米波准光功率合成系统以及圆极化选择表面两种设计方案完成毫米波段的功率合成,器件能在高功率辐射的场景中正常工作。毫米波功率系统的设计包括3dB分束器、极化选择器以及极化反转及相位延迟器件三个关键器件的设计。圆极化选择表面在垂直入射和斜入射两种情况下进行器件设计。作者使用CST对两种方案进行了仿真设计,.发现两种方案均可完成功率合成目标,区别是前者会存在相位问题但加工简单,而后者没有相位问题但加工较难。同时本文中还完成了几种新结构设计可行性的仿真验证工作。

关键词：毫米波功率合成准光技术圆极化选择表面

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基于Pierrot结构的CPSS多功能集成化设计

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信息工程大学学报 2018年第2期19卷 162-165页

作者：张黎邢锋雷雪吴君默信息工程大学河南郑州450001

针对基于Pierrot结构的CPSS(圆极化选择表面)在多功能集成实现方面的发展限制,提出基于蝶形缝隙加载的双频CPSS、单谐振器双模式CPSS以及双极化可重构CPSS 3种多功能CPSS结构。双频CPSS可在8.6 GHz^9.1 GHz、12.1 GHz^12.4 GHz两个频段... 详细信息

针对基于Pierrot结构的CPSS(圆极化选择表面)在多功能集成实现方面的发展限制,提出基于蝶形缝隙加载的双频CPSS、单谐振器双模式CPSS以及双极化可重构CPSS 3种多功能CPSS结构。双频CPSS可在8.6 GHz^9.1 GHz、12.1 GHz^12.4 GHz两个频段内实现LHCPSS(左旋圆极化选择表面)特性;双模CPSS在mode1(7.7 GHz^8.5 GHz)中为LHCPSS,在mode2(11.5 GHz^12.9 GHz)中为RHCPSS(右旋圆极化选择表面);双极化CPSS可在11.6GHz^12.4 GHz频段内实现同频段LHCPSS与RHCPSS的转化。3种CPSS结构均能实现良好的圆极化选择特性,完成目标多功能集成,增加CPSS的设计灵活性,扩展其应用价值。

关键词：圆极化选择表面双频双模双极化

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基于CPSS的双圆极化反射阵天线设计

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信息工程大学学报 2017年第4期18卷 389-393页

作者：张黎邢锋雷雪吴君默信息工程大学河南郑州450001

针对目前双圆极化反射阵天线应用需求及发展限制,设计了一个结构简单,高隔离度的双层双圆极化反射阵天线,并首次完成了双圆极化反射阵波束赋形的应用设计。该天线上层为基于圆极化选择表面(CPSS)的单元结构,用来控制左旋圆极化(LHCP)入... 详细信息

针对目前双圆极化反射阵天线应用需求及发展限制,设计了一个结构简单,高隔离度的双层双圆极化反射阵天线,并首次完成了双圆极化反射阵波束赋形的应用设计。该天线上层为基于圆极化选择表面(CPSS)的单元结构,用来控制左旋圆极化(LHCP)入射波的反射同时透射右旋圆极化(RHCP)入射波,下层采用容性加载环缝隙结构对RHCP入射波进行波束控制。在双圆极化波入射条件下,所设计的16×16阵元反射阵最大增益均达到25dB,交叉极化电平小于-20.5dB,与对应单层阵辐射模式吻合。双圆极化反射阵波束赋形的实现证明其在空天领域具有重要的应用价值。

关键词：反射阵双圆极化圆极化选择表面

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