8 mm点聚焦透镜天线的工程设计
- 格式：pdf
- 大小：344.84 KB
- 文档页数：3
文档推荐
-
8mm点聚焦透镜天线设计页数:7
-
8 mm点聚焦透镜天线的工程设计页数:3
-
透镜天线页数:2
-
椭球反射面聚焦天线的设计和仿真页数:3
-
光学天线页数:10
-
用于太赫兹成像的准光聚焦天线页数:3
下载文档原格式
合集下载
8mm点聚焦透镜天线设计
8mm点聚焦透镜天线设计摘要：根据对物体毫米波信号采集的需要，设计一种工作于8 mm频段的点聚焦透镜天线，选用宽波束微带天线做馈源，设计焦距大小不同的双面透镜，采用电磁仿真软件CST 对聚焦透镜天线进行仿真实验，从仿真结果可以看出，不同焦距双面透镜实现了预期聚焦效果且空间分辨率大小能够满足对物体逐点扫描的需求。
关键词：点聚焦透镜；微带天线；焦距；空间分辨率中图分类号：TN820.1?34 文献标识码：A 文章编号：1004?373X（2016）11?0079?03Abstract：A point?focusing lens antenna working at 8 mm frequency band was designed according to the demand for millimeter?wave signal acquisition. The double?sided lens with different focal lengths was designed by selecting the wide beam microstrip antenna as the feed source. The electromagnetic simulation software CST is used to simulate the focusing lens antenna. The simulation results show that the double?sided lens with different focal lengths can realize the expected focusing effect and high spatial resolution，which can meet the demand for point?by?point scanning of the object.Keywords：point?focusing lens；microstrip antenna；focal length；spatial resolution0 引言近年来，公共场所恐怖袭击事件不断增加，对隐蔽条件下的危险物品的检测与报警已成为亟待解决的问题，当前不仅海关、铁路、机场等场所需要安检，在地铁、政府以及重要的建筑机关也需要严格的安检[1]，应用到公共场所的安检设备成为世界各国重点研究的热点问题。
8mm点聚焦透镜天线设计
Keywords：point⁃focusing lens；microstrip antenna；focal length；spatial resolution
0引言
近年来，公共场所恐怖袭击事件不断增加，对隐蔽条 件下的危险物品的检测与报警已成为亟待解决的问题， 当前不仅海关、铁路、机场等场所需要安检，在地铁、政府 以及重要的建筑机关也需要严格的安检[1]，应用到公共场 所的安检设备成为世界各国重点研究的热点问题。目前 主要应用的是 X 射线和毫米波技术，从成像质量和环保 等方面做对比，毫米波技术较容易被公众接受。
关键词：点聚焦透镜；微带天线；焦距；空间分辨率
中图分类号：TN820.1⁃34
文献标识码：A
文章编号：1004⁃373X（2016）11⁃0079⁃03
Design of 8 mm point⁃focusing lens antenna
MA Lidong，BAI Jiajun，FU Yunqi
（College of Electronic Science and Engineering，National University of Defense Technology，Changsha 410073，China）
1 基本原理
点聚焦透镜天线不要求球面波经透镜折射后转化 为平面波，而是要求经透镜后在聚焦面上聚焦。微带天 线相位中心的位置即为透镜一侧的焦点位置。本文要 求透镜能够聚焦且两焦距不同，因此采用由两个单面透 镜合成的双面透镜，材料选用低损耗 εr = 2.1 的聚四氟 乙烯。若透镜中的介质均匀，这种透镜称为常数折射率 透 镜 ，依 据 几 何 光 学 原 理 ，在 这 种 透 镜 中 的 射 线 是 直 线。毫米波从透镜平面至焦点的所有射径的电长度都 相同，这是透镜的电长度等同原理。 1.1 透镜的设计
0引言
近年来，公共场所恐怖袭击事件不断增加，对隐蔽条 件下的危险物品的检测与报警已成为亟待解决的问题， 当前不仅海关、铁路、机场等场所需要安检，在地铁、政府 以及重要的建筑机关也需要严格的安检[1]，应用到公共场 所的安检设备成为世界各国重点研究的热点问题。目前 主要应用的是 X 射线和毫米波技术，从成像质量和环保 等方面做对比，毫米波技术较容易被公众接受。
关键词：点聚焦透镜；微带天线；焦距；空间分辨率
中图分类号：TN820.1⁃34
文献标识码：A
文章编号：1004⁃373X（2016）11⁃0079⁃03
Design of 8 mm point⁃focusing lens antenna
MA Lidong，BAI Jiajun，FU Yunqi
（College of Electronic Science and Engineering，National University of Defense Technology，Changsha 410073，China）
1 基本原理
点聚焦透镜天线不要求球面波经透镜折射后转化 为平面波，而是要求经透镜后在聚焦面上聚焦。微带天 线相位中心的位置即为透镜一侧的焦点位置。本文要 求透镜能够聚焦且两焦距不同，因此采用由两个单面透 镜合成的双面透镜，材料选用低损耗 εr = 2.1 的聚四氟 乙烯。若透镜中的介质均匀，这种透镜称为常数折射率 透 镜 ，依 据 几 何 光 学 原 理 ，在 这 种 透 镜 中 的 射 线 是 直 线。毫米波从透镜平面至焦点的所有射径的电长度都 相同，这是透镜的电长度等同原理。 1.1 透镜的设计
8毫米波均匀介质球透镜多波束天线的研究
8毫米波均匀介质球透镜多波束天线的研究向博;孟洪福;窦文斌;何敏敏;陈森【摘要】介绍了均匀介质球透镜天线基本特点;仿真分析了单馈源时均匀介质球透镜天线的辐射性能;在单馈源的基础上,仿真分析了8馈源时的辐射性能。
根据仿真结果加工了均匀介质球透镜,同时设计制作了包括16个圆波导的馈电网络以及馈电网络的数字控制器。
在馈电网络中16个圆波导沿介质球周围成弧形排成上下2层,每层8个。
通过同一层上的馈电单元之间的切换实现水平扫描,而通过切换不同层上的馈电单元实现垂直扫描。
实测结果表明均匀介质球扫描天线性能良好。
%The basic feature of the homogeneous spherical lens is introduced.The homogeneous dielectric spherical lens with single-feed is analyzed and simulated and its performance is good.Based on the lens with single-feed,the homogeneous dielectric spherical lens with eight-feed is simulated.According to the simulation results,the homogeneous dielectric spherical lens is fabricated.The feeding network including 16 circular waveguides and its controller are also designed.The 16 circular waveguides form an array of 2×8 around the lens,and the beam scanning in azimuth and elevation can be achieved by switching the feeding circular waveguide in the same layer and different layers respectively.The measurement results show that the performances of the antenna are good and well agree with the simulation.【期刊名称】《电波科学学报》【年(卷),期】2012(027)002【总页数】7页(P315-320,421)【关键词】8毫米波;均匀介质球透镜;多波束;扫描天线【作者】向博;孟洪福;窦文斌;何敏敏;陈森【作者单位】东南大学毫米波国家重点实验室,江苏南京210096;东南大学毫米波国家重点实验室,江苏南京210096;东南大学毫米波国家重点实验室,江苏南京210096;东南大学毫米波国家重点实验室,江苏南京210096;东南大学毫米波国家重点实验室,江苏南京210096【正文语种】中文【中图分类】TN827.3引言在通信卫星中采用多波束天线技术，单一口径就能实现天地之间的多点通信，以较高的增益覆盖较大的地面区域，并且能够根据需要调整波束形状，从而大大地提高了卫星通信的容量和效率。
8mm点聚焦透镜天线设计
8mm点聚焦透镜天线设计作者：马立冬白佳俊付云起来源：《现代电子技术》2016年第11期摘要：根据对物体毫米波信号采集的需要，设计一种工作于8 mm频段的点聚焦透镜天线，选用宽波束微带天线做馈源，设计焦距大小不同的双面透镜，采用电磁仿真软件CST对聚焦透镜天线进行仿真实验，从仿真结果可以看出，不同焦距双面透镜实现了预期聚焦效果且空间分辨率大小能够满足对物体逐点扫描的需求。
关键词：点聚焦透镜；微带天线；焦距；空间分辨率中图分类号： TN820.1⁃34 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2016）11⁃0079⁃03Abstract： A point⁃focusing lens antenna working at 8 mm frequency band was designed according to the demand for millimeter⁃wave signal acquisition. The double⁃sided lens with different focal lengths was designed by selecting the wide beam microstrip antenna as the feed source. The electromagnetic simulation software CST is used to simulate the focusing lens antenna. The simulation results show that the double⁃sided lens with different focal lengths can realize the expected focusing effect and high spatial resolution， which can meet the demand forpoint⁃by⁃point scanning of the object.Keywords： point⁃focusing lens； microstrip antenna； focal length； spatial resolution0 引言近年来，公共场所恐怖袭击事件不断增加，对隐蔽条件下的危险物品的检测与报警已成为亟待解决的问题，当前不仅海关、铁路、机场等场所需要安检，在地铁、政府以及重要的建筑机关也需要严格的安检[1]，应用到公共场所的安检设备成为世界各国重点研究的热点问题。
一种8 mm频段封闭腔全息准光功率合成网络的设计
一种8 mm频段封闭腔全息准光功率合成网络的设计李光【摘要】基于周期相位栅格的塔尔博特效应,提出了一种新型的毫米波频段18合1封闭腔全息准光高效功率合成网络。
采用了相邻半周期相差仔的特殊周期相位栅格,置于垂直于栅格的零场区域的金属壁封闭了合成网络,解决了辐射损耗和电磁泄漏问题。
基于光学标量衍射理论算法仿真的衍射图样与目标场对比得到的适应度函数,以基因算法优化得到相位栅格,并以变宽波导阵透镜物理实现。
在37.5 GHz,功率合成网络实物测试的效率为81%,与电磁仿真的89%基本相符。
准光功率合成网络可由一维扩展至二维,合成效率与阵元数、阵元间距无关,可实现毫米波及THz频段的大规模数量器件高效功率合成。
%Based on Talbot Effect of periodical phase grating,a new design of quasi-optical( QO) 18 to 1 closed holographic power combiner with high efficiency at millimeter wave band is presented in this paper. A novel periodic phase profile in which the phase difference of adjacent half period is π is adopted. Moreo-ver,in the linear zero region perpendicular to the grating,an enclosed metallic wall is designed to screen the power combiner. By this way,radiation loss is decreased and electromagnetic compatibility is improved dramatically. The phase grating is optimized by Generic Algorithm based on fitness function related with the deviation between target field pattern and simulated field using scalar diffraction theory. The construction of the phase grating is realized with lens of a variable-width waveguides array. The efficiency of combiner is demonstrated to be 81% at 37 . 5 GHz which is well agreed with the simulated result of 89%. Since QO power combiner can beextended from one-dimension to two-dimension and its efficiency is essentially in-dependent of the number of combining elements and the inter-element spacing,this technology can be ap-plied in power combining of large number of devices at millimeter-wave band and the THz band.【期刊名称】《电讯技术》【年(卷),期】2016(056)006【总页数】6页(P702-707)【关键词】毫米波;全息准光功率合成;塔尔博特效应;相位栅格;基因算法【作者】李光【作者单位】中国西南电子技术研究所，成都610036【正文语种】中文【中图分类】TN73毫米波频段具有频段宽、波长短、抗干扰能力强、方向性好和保密性能好等特点[1]，在卫星通信、车船防撞、测距雷达、射电天文等领域有着举足轻重的地位[2]。
八木天线的原理和制作tm
八木天线的原理和制作t m公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]八木天线的原理和制作八木天线（YaGi Antenna）也叫引向天线或波导天线，因为八木秀次（YaGi）教授首先用详细的理论去解释了这种天线的工作原理，所以叫做八木天线，它是由HF，到VHF，UHF波段中最常用的方向性天线。
八木天线是由一个有源激励振子（Driver Element）和若干无源振子组成，所有振子都平行装制在同一平面上，其中心通常用一铅通（也可用非金属──木方）固定。
有源振子就是一个基本半波偶极天线（Dipole），商品八木天线──尤其是用在电视接收时，则多用折合式半段偶极天线做有源振子，好处是阻抗较高，匹配容易频率亦较宽阔，适合电视讯号的8MHz通频带。
但折合式振子在业余条件下，制作较难，而宽带带亦会引入较大噪音，因此常见的八木天线多用基本半波偶极型式的有源振子。
至于无源振子根据它的功能可以分为反射器（Reflecto r）和导向器（Director）两种。
通常反射器的长度比有源振子长4～5%，而导向器可以有多个，第1～4个导向器的长度通常比有源振子顺序递减2～5%。
由反射器至最前的一个导向器的距离叫做这个八木天线长度。
通常收发机的天线输出端，都只是接到八木天线的有源振子。
反射器和导向器通常与收发机没有任何电气连接，但在有源振子作用下，两者都会产生感应电压表，电流，其幅度各相位则与无源振子间的距离有关，亦和无源振子的长度有关。
因为当振子间的距离不同时，电源走过的途径距离也不同，就会形成不同的相位差。
当无源振子的长度不同时，呈现的阻抗也不同。
适当地安排反射器的长度，和它与有源振子的距离，便可使反射器和有源振子产生的电磁场在反射器后方相互抵消，而在有源振子前方上相加。
同样，适当地安排导向器的长度和它到有源振子的距离，可以使导向器和有源振子在主方向上产生的电磁场相加。
这样由有源振子幅射的电波，在加入反射器和导向器后，将沿着导各器的方向形成较强的电磁场，亦即单方向的幅射了。
透镜天线原理
透镜天线原理引言：透镜天线是一种新型的天线技术，它利用透镜的特性来实现对电磁波的聚焦和指向性辐射。
与传统的天线相比，透镜天线具有更高的增益和更小的尺寸，因此在通信和雷达系统中具有广泛的应用前景。
本文将介绍透镜天线的原理、结构和工作方式，以及它的优点和应用领域。
一、透镜天线的原理透镜天线的原理基于折射定律和菲涅尔透镜理论。
当电磁波通过透镜时，由于透镜的几何形状和电介质常数的不同，电磁波的传播速度会发生变化，从而产生折射现象。
通过合理设计透镜的形状和材料，可以实现对电磁波的聚焦和指向性辐射。
二、透镜天线的结构透镜天线通常由一个或多个透镜组成。
透镜可以是平面的，也可以是球面的，甚至是更复杂的形状。
透镜的材料通常是介电常数较高的材料，如聚合物、陶瓷或玻璃。
透镜天线的结构可以分为两大类：平面透镜天线和曲面透镜天线。
平面透镜天线由一系列平行的透镜单元组成，而曲面透镜天线由一个或多个球面透镜构成。
三、透镜天线的工作方式透镜天线的工作方式可以分为两个步骤：聚焦和辐射。
在聚焦阶段，透镜将电磁波从空间中聚焦到一个点或一条线上。
透镜的形状和材料的选择会影响到聚焦效果。
在辐射阶段，透镜将聚焦后的电磁波辐射出去，形成一个指向性的波束。
通过调整透镜的参数和结构，可以实现对波束的控制，如波束的方向、宽度和增益等。
四、透镜天线的优点与传统的天线相比，透镜天线具有以下优点：1. 高增益：透镜天线的设计可以实现更高的增益，从而提高通信和雷达系统的性能。
2. 尺寸小：透镜天线可以通过合理设计透镜的形状和材料，实现更小尺寸的天线，适用于空间受限的应用场景。
3. 方向性好：透镜天线可以实现对波束的精确控制，具有较好的指向性，从而提高信号的传输和接收效果。
五、透镜天线的应用领域透镜天线在通信和雷达系统中具有广泛的应用前景，包括以下几个方面：1. 5G通信：透镜天线可以提高5G通信系统的信号覆盖范围和传输速率，满足大容量和高速率的通信需求。
一种扩大8mm波段综合孔径辐射计成像视场的方法
第３ ２卷第 １ 期
２ ０ １ ３年 ２月
红 外 与 毫 米 波 学 报
Ｊ ．Ｉ ｎｆ ｌａ ｒ ｅ ｄ Ｍｉ ｌ ｌ ｉ ｍ ．Ｗ ａ ｙ ｅ ｓ
Ｖｏ１ ． ３２，Ｎｏ．１ Ｆｅ ｂ ｒ ｕａ ｒ ｙ， ２ ０１ ３
文章编号 ： １ ０ ０ １ — ９ ０ １ ４ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ｌ 动 毫米波 成像 技术 通过 接收 物体 自然 辐射或 反射 的毫 米波信 号来 进行 目标 探测 ， 它具 有全 天 时 、 全天候 、 能 在低 可见度 情 况下 （ 如烟、 雾、 沙尘 等 ） 工 作 的能力 ， 以及 具 有低 功 耗 、 无辐射、 高 隐 蔽 性 的优 点， 因 此 在 导 航 ］ ， 安 全 检 查 ４ 。 ， 军 事 侦 察 刮 等
Ｄ ＯＩ ： １ ０ ． ３ ７ ２ ４ ／ Ｓ Ｐ ． Ｊ ． １ ０ １ ０ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ０ ０ ５ ０
一
种扩大 ８ ｍｎ ｌ 波 段综 合 孑 Ｌ 径 辐射 计成 像 视 场 的方法
胡岸勇， 苗 俊月 １
（ 北京航空航天大学 电子信息工程学院 ， 北京 １ ０ ０ １ ９ １ ）
ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｈｅ ｔ ｐｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ｅ ｄ ｍｅ ｔ ｈｏ ｄ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄｓ：ｓ ｙｎ ｔ ｈｅ ｔ ｉ ｃ ａ ｐｅ ｔｕ ｒ ｒ ｅ； ｒ ａ ｄ ｉ ｏｍ ｅ ｔ ｅ ｒ ； ｉ ｍａ ｇ ｅ ｒ ｅ ｓ ｔ ｏ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ＰＡＣＳ：７． ５ ７．ＫＰ
Ａ ｍｅ ｔ ｈｏ ｄ ｔ ｏ ｅ ｎ ｌ ａ ｒ ｇ ｅ ｔ ｈ ｅ ＦＯＶ ｆ ｏ ｒ ８ ｍｍ ｂ ａ ｎ ｄ ｓ ｙ ｎ ｔ ｈ ｅ ｔ ｉ ｃ ａ ｐ ｅ ｒ ｔ ｕ ｒ ｅ ｒ ａ ｄ ｉ ｏ ｍｅ ｔ ｅ ｒ
２ ０ １ ３年 ２月
红 外 与 毫 米 波 学 报
Ｊ ．Ｉ ｎｆ ｌａ ｒ ｅ ｄ Ｍｉ ｌ ｌ ｉ ｍ ．Ｗ ａ ｙ ｅ ｓ
Ｖｏ１ ． ３２，Ｎｏ．１ Ｆｅ ｂ ｒ ｕａ ｒ ｙ， ２ ０１ ３
文章编号 ： １ ０ ０ １ — ９ ０ １ ４ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ｌ 动 毫米波 成像 技术 通过 接收 物体 自然 辐射或 反射 的毫 米波信 号来 进行 目标 探测 ， 它具 有全 天 时 、 全天候 、 能 在低 可见度 情 况下 （ 如烟、 雾、 沙尘 等 ） 工 作 的能力 ， 以及 具 有低 功 耗 、 无辐射、 高 隐 蔽 性 的优 点， 因 此 在 导 航 ］ ， 安 全 检 查 ４ 。 ， 军 事 侦 察 刮 等
Ｄ ＯＩ ： １ ０ ． ３ ７ ２ ４ ／ Ｓ Ｐ ． Ｊ ． １ ０ １ ０ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ０ ０ ５ ０
一
种扩大 ８ ｍｎ ｌ 波 段综 合 孑 Ｌ 径 辐射 计成 像 视 场 的方法
胡岸勇， 苗 俊月 １
（ 北京航空航天大学 电子信息工程学院 ， 北京 １ ０ ０ １ ９ １ ）
ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｈｅ ｔ ｐｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ｅ ｄ ｍｅ ｔ ｈｏ ｄ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄｓ：ｓ ｙｎ ｔ ｈｅ ｔ ｉ ｃ ａ ｐｅ ｔｕ ｒ ｒ ｅ； ｒ ａ ｄ ｉ ｏｍ ｅ ｔ ｅ ｒ ； ｉ ｍａ ｇ ｅ ｒ ｅ ｓ ｔ ｏ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ＰＡＣＳ：７． ５ ７．ＫＰ
Ａ ｍｅ ｔ ｈｏ ｄ ｔ ｏ ｅ ｎ ｌ ａ ｒ ｇ ｅ ｔ ｈ ｅ ＦＯＶ ｆ ｏ ｒ ８ ｍｍ ｂ ａ ｎ ｄ ｓ ｙ ｎ ｔ ｈ ｅ ｔ ｉ ｃ ａ ｐ ｅ ｒ ｔ ｕ ｒ ｅ ｒ ａ ｄ ｉ ｏ ｍｅ ｔ ｅ ｒ
简单的二单元八木天线的制作
简单的三单元八木天线的制作八木天线是一种引向天线，有一个有源振子和多个无源振子放置在同一平面上，并且垂直于连接它们中心的金属杆。
一般一个无源振子为反射器，其余的无源振子为引向器。
因为金属杆通过振子上的电压波节点，并垂直于天线，所以，金属杆对天线的近场影响很小。
而有源振子必须与金属杆绝缘。
根据学校与接收机的距离和发射机的功率，采用二单元八木天线。
在制作天线之前，对八木天线的原理有个大致的简单了解。
天线形式反射器数引向器数有源振子数方向性系数偶极００１０dB二单元八木１０１３～４．５ｄＢ二单元八木００１３～４．５ｄＢ三单元八木１１１６～８ｄＢ四单元八木１２１７～１０ｄＢ五单元八木１３１９～１１ｄＢ从上表可知，八木天线的单元越多，方向性越强。
但是单元的增加不与方向性成正比。
单元过多时，导致工作频带变窄，整个天线尺寸也将偏大。
< 一>器材的准备：（1）两根长约2.4m，直径4.5mm的PVC管。
要求PVC管无弯折，无破损（天线的支撑采用PVC管，可以抵抗风吹雨打）。
（2）三根长1.2mm，5mm的铜导线，和一根长约2m的电线。
保留电线上的橡胶皮。
天线的振子我们采用直径5mm耐弯折的铜电线，可以有效的将电磁波传递到天空中。
（3）高频信号传输线8M（确保传输线从发射机到主教二楼天台上）。
（4）电烙铁一把，尖嘴钳一把，万用表，绝缘胶带。
我们做的是77MHZ的波段天线。
天线的长度计算等于波长的1 / 2。
波长=光速/ 频率。
< 二>制作步骤：（1）我们首先将两根铜电线拉直的绑在PVC管上，两根电线相交处留一个2cm的缝隙，并将铜电线的橡胶消去，两头露出长约2cm铜导线，以备焊接信号传输线。
将两个电线用绝缘胶布粘在PVC管上。
（2）布信号线。
将信号线从广播站拉到三楼的天台上，用专用的螺钉固定在牢固的地方，避免信号线的摇拽，损坏信号线，影响传输质量。
（3）焊接信号线和两根电线交汇处的导线，将信号线的一头消开，会有一根轴心铜线和轴心铜线四周的铜网，将铜线和轴心铜线焊在一起，焊接时注意不要烫坏轴心铜线的绝缘部分。
8 mm波段片式接收组件设计与实现
2017年第5期空间电子技术SPACE ELECTRONIC TECHNOLOGY69 8 mm波段片式接收组件设计与实现0张兵，李拴涛(中国空间技术研究院西安分院，西安710000)摘要:T/R组件作为收发前端，在相控阵雷达中直接决定雷达整机的成本和性能。
8 m m波段收发组件在星栽SAR(合成孔径雷达）中有着非常广泛的应用。
根据设计指标要求,设计了8 m m波段片式接收组件。
组件集成19个射频接收通道，具有电源调制功能、通道移相衰减功能、通道校准功能。
该组件为了实现小型化和集成化，采用波导输入输出，射频垂直互联，小型化波导到微带转换设计。
组件的单通道增益大于25 dB,噪声系数小于4 dB,总功耗小于2 W。
关键词：m m波段；片式接收组件；波导;微带中图分类号:V474 文献标识码:A 文章编号:1674-7135(2017)05~0069-07D O I：10. 3969/j.issn. 1674-7135.2017.05.013Design and Implementation of 8 mm BandSlice Receiver ModuleZHANG B ing,LI Shuan tao(China Academy of Space Technology(Xi’ an)，Xi’ an 710000，China)A bstract： As the front of the transceiver,the T/R module directly determines the cost the phased array radar. 8 mm band transceiver module is widely used in SAR ( synthetic aperture radar) o ing to the d esign requirements，this paper designs a slice receiving module which works on 8 mm band. The module is composed of 19 RF receiving channels,which has the functions of power modulation,phase shift and attenuation, channel calibration. In order to realize miniaturization and integration，the input port and output port with the waveguide, the vertical interconnection ,the miniature waveguide to the microstrip conversion are designed. The single channel gain of the receiver module is more than 25 dB，whose t he noise figure is less than 4 dB and the total p Key words：mm band；Slice receiving module；Waveguide；Microstrip〇引言8 mm波段在通信、雷达、制导、遥感技术方面都 有重大意义。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Key words spot-focusing lens antenna; conic horn; phase center; space resolution
点聚焦透镜天线是最近应用较多的天线，特别是近年来有关焦面阵成像成为关注的焦点。焦面阵成像
可用于检测隐蔽武器和炸药以及飞机自动着落系统[1]。文献[2]在测量介电常数和损耗正切时用几何光学法
0.136
焦斑大小/mm
≈ 6.5
7.0
≈ 7.0
焦斑大小/mm
≈ 6.5
≈7
≈7
S11 参数/dB
−33
−28
−32
S11 参数/dB
−36
−25
−34
在以上仿真的基础上，在软件和硬件所能承受的范围内，再把天线系统模型尺寸作适当放大。保持透 镜介质折射率不变，并使喇叭长度和透镜直径相等，同时使f/D比值不变，得到的仿真结果如表1所示。
射。基于此，本文设计8 mm点聚焦透镜天线时注重把工程设计和场分析设计二者相结合，采用HFSS仿真软
件对模型在不同尺寸和考虑高次模影响的两种情况下进行仿真分析，利用空间分辨率的变化情况去优化设
V
计，并对系统进行了实验验证。
L1
L2
1 一体化天线设计方案
点聚焦透镜天线，一般指的是一馈源发射电磁波，经透镜后会聚为
设计了一点聚焦透镜天线，充分利用其聚焦性能，使得被测介质的边缘衍射效应减小到可以忽略的程度；
不足之处在于几何光学是以零波长近似为基础，因而当频率很高时，天线设计工作良好，但对于低频就不
适用。文献[3]用数值法设计的点聚焦透镜天线，具有低损耗、低成本以及无彗形相差失真等优点，适合于
短焦透镜系统；缺点是存在由透镜截取馈源部分旁瓣而引起的相位失真以及透镜阻抗不匹配引起的表面反
从图4中可看出，点聚焦透镜天线的方向图与喇叭天线的方向图相差不大，这是因为软件在计算天线系 统的方向图时考虑远区场的情况，点聚焦透镜天线的辐射场在焦平面附近会聚以后再次向远处辐射，于是 从无穷远处看，点聚焦透镜天线方向图与喇叭天线大体上是一致的。然而在场结构上来看，点聚焦透镜天 线在焦平面处有个很明显的场会聚作用，而这是喇叭天线所没有的。在计算空间分辨率时，可如下操作： 在焦平面上做一个截面，通过软件中的计算器，用坡印廷矢量对截面积分，便可得到功率。再把截面按比 例分成若干个面，对各个面做坡印廷矢量积分，找出半功率面，便找出了3 dB功率的点，从而求得空间分辨 率，经过计算处理，得出所仿真的模型的空间分辨率为6.5 mm左右，与理论模型的分辨率6.3 mm比较吻合。 而仿真结果显示的反射系数 S11 在−33 dB左右，反射比较小，说明天线系统的匹配良好，满足要求。
0 高次模
−15
−30
单模 phi=0
透镜
圆锥喇叭
F/dB
−45
−100 −50
0
50
100
θ/(°)
d
L
图5 原方向图与考虑高次模时的比较
4 透镜天线的空间分辨率的实验
图6 测量装置示意图
实验装置如图6所示，d为230 mm(喇叭的接收功率最大)， mm，采用波长为3.2 cm的均匀平面电磁波照射，透镜的理论空间分辨率为41.8 mm。圆锥喇叭符合最佳 增益设计，口径为78 mm，斜颈为120 mm。实验测量的空间分辨率为44 mm，和理论上的空间分辨率41.8 mm 较为吻合。通过实验可以得出，透镜天线的设计与分析是正确的。
表1 尺寸变化的仿真结果
表2 考虑高次模时各模型仿真结果
喇叭口径直径D/mm
30
45
60
焦平面功率/W
0.23
0.24
0.25
喇叭口径直径D/mm 焦平面功率/W
30 0.238
45 0.238
60 0.256
焦 斑 为 7 mm 时 功 率 0.15
0.12
0.14
焦斑为7 mm时功率
0.142
0.116
参考文献
[1] 张直中. 用微波雷达对多目标成像初探[J]. 现代雷达, 1992, 14(1): 1-17. [2] 杨 军, 王民胜, 保 铮. 一种ISAR多目标实时成像方法[J]. 电子学报, 1995, 23(4): 1-5. [3] 雷 杰, 邢孟道, 保 铮. 一种假目标干扰背景下的导弹目标成像方法[J]. 雷达科学与技术, 2004, 2(2): 102-107. [4] Chen V C., Shie Qian．Joint time-frequency transform for radar range-Doppler imaging[J]．IEEE Trans on Aerospace and
IEEE Trans Instrum Meas, 1989, 37(3): 789-793. [3] Lee J J. Numerical method make lens antenna practical[J]. Microwaves, 1982,(9): 81-84.
frequencies[J].
(School of Physical Electronics, Univ. of Elec. Sci. & Tech. of China Chengdu 610054)
Abstract In this paper, a spot-focusing lens antenna operating at 8 mm frequency band is designed according to the measurement of the density of the plasma. The feasibility and validity of the scheme is demonstrated by means of simulation and test of the system. The theory in which high order modes can be ignored is powerfully testified. In addition, some academic and reference value for engineering design of antennas is also presented here.
电子发烧友 电子技术论坛
第3期
任冬梅 等: 8 mm 点聚焦透镜天线的工程设计
329
线( i =1,2)旋转而成 (n2 − 1)xi2 + 2n(1 − n) fi xi + fi2 (1 − n)2 −
编 辑 孙晓丹 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------(上接第319页)
向图
3 HFSS仿真及分析
为了进行分析比较，考查工程设计的可用性，本文利用HFSS进行了仿真.首先构造聚焦天线系统的仿真 模型，如图3所示。其中，喇叭顶点处的波导直径为7.13 mm，与图1中的圆波导一致；喇叭长度仅为30 mm， 喇叭口径和透镜直径都是30 mm；透镜焦距 f ≈ 30 mm，透镜内填充的为折射率 n ＝1.516 3的介质，理论分 辨率为6.3 mm；观察盒子高度为40 mm，以保证所需观察的焦平面在其内，盒子长宽皆为35 mm。仿真结果 如图 4所示。其中，纵坐标为天线的归一化方向性系数。
定的理论和参考价值。
关 键 词 点聚焦透镜天线; 圆锥喇叭; 相位中心; 空间分辨率
中图分类号 TN82
文献标识码 A
Engineering Design of 8 mm Spot-Focusing Lens Antenna
REN Dong-mei，LIU Shu-zhang，WANG Guo-qing，CHEN Hu
图1 设计的喇叭透镜天线
L1
=
nf n +1
+
( f )2 n +1
+
D2 /4 n2 −1
，得圆锥喇叭的总长度 L1 为136
mm±2
mm；
其张角为：40.5°±0.1°。为了减小聚焦天线的尺寸，透镜由两个不同的双曲面组成，其曲面分别由下面两曲
收稿日期：2004 − 04 − 27 作者简介：任冬梅(1978 − )，女，硕士，主要从事微波毫米波理论与技术方面的研究.
一点。一般点聚焦透镜天线是收发对称的，会聚点在两透镜之间，两透
D1 D2
镜的光轴在同一轴上。本文设计的工作于8 mm频段的天线系统如图1所
示。当工作频率为35 GHz时，经工程设计其分辨率和基本尺寸如下：空
间分辨率： y−3 = 0.738 fλ / D1 =15 mm； L2 =200 mm；V＝6 mm，透镜天 线的通光口径D1为：110 mm；外口径D2为：120 mm，由公式：
从表1中可看出，尺寸加大，对天线辐射场结构不产生较大影响，对空间分辨率影响也都不到1 mm；尺寸
电子发烧友 电子技术论坛
330
电子科技大学学报
第 35 卷
加大后，会导致散射和绕射，透镜的汇聚作用加强，得到的焦斑大小(空间分辨率)与理论推导的公式可以有 很好的吻合。以上仿真都没有考虑高次模的影响，在原模型的基础上，考虑一定的高次模时，先用Solve Ports Only计算可能产生的高次模数。在图3的模型下，可考虑存在10个高次模(随着模式增高，高次模的影响越来 越弱，所以考虑10个已经足够)。再进行仿真，所得方向图与原方向图的比较如图5所示，此时各个不同模式 的反射系数S11都小于−25 dB。考虑高次模时，尽管尺寸增大，仿真所得的空间分辨率与理论公式还保持了 较好的吻合度，如表2所示，其中D为喇叭的口径直径。
点聚焦透镜天线是最近应用较多的天线，特别是近年来有关焦面阵成像成为关注的焦点。焦面阵成像
可用于检测隐蔽武器和炸药以及飞机自动着落系统[1]。文献[2]在测量介电常数和损耗正切时用几何光学法
0.136
焦斑大小/mm
≈ 6.5
7.0
≈ 7.0
焦斑大小/mm
≈ 6.5
≈7
≈7
S11 参数/dB
−33
−28
−32
S11 参数/dB
−36
−25
−34
在以上仿真的基础上，在软件和硬件所能承受的范围内，再把天线系统模型尺寸作适当放大。保持透 镜介质折射率不变，并使喇叭长度和透镜直径相等，同时使f/D比值不变，得到的仿真结果如表1所示。
射。基于此，本文设计8 mm点聚焦透镜天线时注重把工程设计和场分析设计二者相结合，采用HFSS仿真软
件对模型在不同尺寸和考虑高次模影响的两种情况下进行仿真分析，利用空间分辨率的变化情况去优化设
V
计，并对系统进行了实验验证。
L1
L2
1 一体化天线设计方案
点聚焦透镜天线，一般指的是一馈源发射电磁波，经透镜后会聚为
设计了一点聚焦透镜天线，充分利用其聚焦性能，使得被测介质的边缘衍射效应减小到可以忽略的程度；
不足之处在于几何光学是以零波长近似为基础，因而当频率很高时，天线设计工作良好，但对于低频就不
适用。文献[3]用数值法设计的点聚焦透镜天线，具有低损耗、低成本以及无彗形相差失真等优点，适合于
短焦透镜系统；缺点是存在由透镜截取馈源部分旁瓣而引起的相位失真以及透镜阻抗不匹配引起的表面反
从图4中可看出，点聚焦透镜天线的方向图与喇叭天线的方向图相差不大，这是因为软件在计算天线系 统的方向图时考虑远区场的情况，点聚焦透镜天线的辐射场在焦平面附近会聚以后再次向远处辐射，于是 从无穷远处看，点聚焦透镜天线方向图与喇叭天线大体上是一致的。然而在场结构上来看，点聚焦透镜天 线在焦平面处有个很明显的场会聚作用，而这是喇叭天线所没有的。在计算空间分辨率时，可如下操作： 在焦平面上做一个截面，通过软件中的计算器，用坡印廷矢量对截面积分，便可得到功率。再把截面按比 例分成若干个面，对各个面做坡印廷矢量积分，找出半功率面，便找出了3 dB功率的点，从而求得空间分辨 率，经过计算处理，得出所仿真的模型的空间分辨率为6.5 mm左右，与理论模型的分辨率6.3 mm比较吻合。 而仿真结果显示的反射系数 S11 在−33 dB左右，反射比较小，说明天线系统的匹配良好，满足要求。
0 高次模
−15
−30
单模 phi=0
透镜
圆锥喇叭
F/dB
−45
−100 −50
0
50
100
θ/(°)
d
L
图5 原方向图与考虑高次模时的比较
4 透镜天线的空间分辨率的实验
图6 测量装置示意图
实验装置如图6所示，d为230 mm(喇叭的接收功率最大)， mm，采用波长为3.2 cm的均匀平面电磁波照射，透镜的理论空间分辨率为41.8 mm。圆锥喇叭符合最佳 增益设计，口径为78 mm，斜颈为120 mm。实验测量的空间分辨率为44 mm，和理论上的空间分辨率41.8 mm 较为吻合。通过实验可以得出，透镜天线的设计与分析是正确的。
表1 尺寸变化的仿真结果
表2 考虑高次模时各模型仿真结果
喇叭口径直径D/mm
30
45
60
焦平面功率/W
0.23
0.24
0.25
喇叭口径直径D/mm 焦平面功率/W
30 0.238
45 0.238
60 0.256
焦 斑 为 7 mm 时 功 率 0.15
0.12
0.14
焦斑为7 mm时功率
0.142
0.116
参考文献
[1] 张直中. 用微波雷达对多目标成像初探[J]. 现代雷达, 1992, 14(1): 1-17. [2] 杨 军, 王民胜, 保 铮. 一种ISAR多目标实时成像方法[J]. 电子学报, 1995, 23(4): 1-5. [3] 雷 杰, 邢孟道, 保 铮. 一种假目标干扰背景下的导弹目标成像方法[J]. 雷达科学与技术, 2004, 2(2): 102-107. [4] Chen V C., Shie Qian．Joint time-frequency transform for radar range-Doppler imaging[J]．IEEE Trans on Aerospace and
IEEE Trans Instrum Meas, 1989, 37(3): 789-793. [3] Lee J J. Numerical method make lens antenna practical[J]. Microwaves, 1982,(9): 81-84.
frequencies[J].
(School of Physical Electronics, Univ. of Elec. Sci. & Tech. of China Chengdu 610054)
Abstract In this paper, a spot-focusing lens antenna operating at 8 mm frequency band is designed according to the measurement of the density of the plasma. The feasibility and validity of the scheme is demonstrated by means of simulation and test of the system. The theory in which high order modes can be ignored is powerfully testified. In addition, some academic and reference value for engineering design of antennas is also presented here.
电子发烧友 电子技术论坛
第3期
任冬梅 等: 8 mm 点聚焦透镜天线的工程设计
329
线( i =1,2)旋转而成 (n2 − 1)xi2 + 2n(1 − n) fi xi + fi2 (1 − n)2 −
编 辑 孙晓丹 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------(上接第319页)
向图
3 HFSS仿真及分析
为了进行分析比较，考查工程设计的可用性，本文利用HFSS进行了仿真.首先构造聚焦天线系统的仿真 模型，如图3所示。其中，喇叭顶点处的波导直径为7.13 mm，与图1中的圆波导一致；喇叭长度仅为30 mm， 喇叭口径和透镜直径都是30 mm；透镜焦距 f ≈ 30 mm，透镜内填充的为折射率 n ＝1.516 3的介质，理论分 辨率为6.3 mm；观察盒子高度为40 mm，以保证所需观察的焦平面在其内，盒子长宽皆为35 mm。仿真结果 如图 4所示。其中，纵坐标为天线的归一化方向性系数。
定的理论和参考价值。
关 键 词 点聚焦透镜天线; 圆锥喇叭; 相位中心; 空间分辨率
中图分类号 TN82
文献标识码 A
Engineering Design of 8 mm Spot-Focusing Lens Antenna
REN Dong-mei，LIU Shu-zhang，WANG Guo-qing，CHEN Hu
图1 设计的喇叭透镜天线
L1
=
nf n +1
+
( f )2 n +1
+
D2 /4 n2 −1
，得圆锥喇叭的总长度 L1 为136
mm±2
mm；
其张角为：40.5°±0.1°。为了减小聚焦天线的尺寸，透镜由两个不同的双曲面组成，其曲面分别由下面两曲
收稿日期：2004 − 04 − 27 作者简介：任冬梅(1978 − )，女，硕士，主要从事微波毫米波理论与技术方面的研究.
一点。一般点聚焦透镜天线是收发对称的，会聚点在两透镜之间，两透
D1 D2
镜的光轴在同一轴上。本文设计的工作于8 mm频段的天线系统如图1所
示。当工作频率为35 GHz时，经工程设计其分辨率和基本尺寸如下：空
间分辨率： y−3 = 0.738 fλ / D1 =15 mm； L2 =200 mm；V＝6 mm，透镜天 线的通光口径D1为：110 mm；外口径D2为：120 mm，由公式：
从表1中可看出，尺寸加大，对天线辐射场结构不产生较大影响，对空间分辨率影响也都不到1 mm；尺寸
电子发烧友 电子技术论坛
330
电子科技大学学报
第 35 卷
加大后，会导致散射和绕射，透镜的汇聚作用加强，得到的焦斑大小(空间分辨率)与理论推导的公式可以有 很好的吻合。以上仿真都没有考虑高次模的影响，在原模型的基础上，考虑一定的高次模时，先用Solve Ports Only计算可能产生的高次模数。在图3的模型下，可考虑存在10个高次模(随着模式增高，高次模的影响越来 越弱，所以考虑10个已经足够)。再进行仿真，所得方向图与原方向图的比较如图5所示，此时各个不同模式 的反射系数S11都小于−25 dB。考虑高次模时，尽管尺寸增大，仿真所得的空间分辨率与理论公式还保持了 较好的吻合度，如表2所示，其中D为喇叭的口径直径。