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多波束天线在现代雷达探测以及无线通信领域中应用广泛,其实现形式包括反射面天线、透镜天线以及阵列天线等不同类型,本文重点研究了这三种类型的多波束天线,并在毫米波段针对性地探讨了相应的设计方案,主要内容包括:(1)讨论了口径天线的馈源,主要研究了圆锥喇叭、锥削介质杆两种馈源天线,通过HFSS仿真,分析了两种天线性能与物理参数之间的关系,以此为基础进行优化设计,制作了工作在94/120GHz双频段的两种馈源天线,并进行测试验证,为后续的口径天线设计提供了参考。(2)探讨了卡氏天线的基本原理以及偏焦理论,同时基于矢位法计算了偏焦卡氏天线的辐射远场,结合CST仿真分析了物理参数对天线性能的影响,据此设计了工作在94/120GHz双频段的三波束卡氏天线并进行测试,测试结果表明实际辐射性能与仿真计算结果基本吻合,符合工程应用要求。(3)论述了双曲面透镜天线、球形龙伯透镜天线以及平面龙伯透镜天线的基本原理,重点研究了材料折射率以及焦径比对天线辐射性能的影响,并设计了不同类型的多波束天线:设计了工作在94/120GHz双频段的三波束双曲面透镜天线,进行了加工测试验证;采用不同的分层方法,设计了工作在94/120GHz的三波束球形龙伯透镜天线,结合CST仿真进行对比分析;基于光学变换原理,设计了工作在35GHz的五层平面龙伯透镜天线,并结合CST仿真分析了其波束扫描性能。通过对不同类型多波束透镜天线的分析,为不同的场景应用提供了参考。(4)研究了基于频率分集阵列(Frequency Diverse Array,FDA)的时刻可控点聚焦和稳态波束扫描:一是通过复现基于时间调制对数频偏(Time-Modulated Logarithmic Frequency Offset,TMLFO)的FDA时空可控点聚焦方案,对其物理可实现性提出了疑问,并进行理论分析及FDTD计算验证;二是根据FDA的周期性分析,实现了基于脉冲激励的FDA稳态波束扫描,并给出了工作在35GHz的一维微带贴片阵列模型,结合理论计算和CST时域仿真,进一步验证了该方法的可行性,为无移相器波束扫描阵列天线的实现提供了参考,简化馈电网络,从而降低成本,具有一定的工程应用价值。