新型宽带反射阵列天线单元的研究文献综述

 2022-11-27 16:42:52

研究背景

当今,人们的生活离不开天线。天线本质上是一种换能器,将自由空间的电磁波与传输线上的导行波相互转化[1]。抛物面天线由于其具有高增益、高方向性、低损耗、良好的机械特性,被广泛应用于卫星、雷达、通信、射电天文等对天线性能要求很髙的场合。但是,抛物面天线依然存在着诸如体积大、结构笨重、成本高、安装调试困难等诸多问题,使其应用场合受到了一定的 限制。随着当今无线电技术向着波长越来越短的毫米波、亚毫米波方向发展,人们对大口径天线提出了、轻便化、低剖面、低成本、易于平面电路集成等要求。基于介质基片的平面反射阵天线获得了广泛的关注。反射阵列天线是在20世纪80年代随着微带天线的兴起而逐渐发展起来的[2]。反射阵列天线[3]由馈源和一组蚀刻在低损耗介质板上的微带金属贴片单元构成,介质板背面为接地板。馈源天线是反射阵列天线必不可少的组成部分,其增益和带宽对整体天线的性能有着重要影响[4]。而通过调节反射面上每个单元,改变其反射波的相位,使馈源发出的入射波经贴片反射后在特定的方向上实现同相位,使得天线具有高增益性能。针对微带反射阵天线的结构特点,其加工采用印刷电路板技术因而具有制作简单、可大批量生产的优势。并且微带反射阵列设计非常灵活,可以与载体共形、可折叠和展开、可实现波束赋形并能实现波束扫描,因而具有非常广泛的应用前景。

发展情况及研究现状

反射阵天线这一概念首次在1963年由Berry ,Malech 和Kennedy提出[5],采用了终端短路的开口波导作为反射单元,采用喇叭天线作为馈源,开口波导即可视作传输线,通过阵面上各个开口波导的长度来实现对反射波的相位调节,来实现远场的波束聚焦。然而早期大多数无线通信系统采用的微波频率较低,使得这种结构的反射阵天线体积庞大、笨重,因此相关研究没有被深入开展下去。

1997年,Phelan提出了一种四枝节的螺旋反射阵的概念[6],通过二极管开关激励不同的螺旋对,从而实现广角度的扫描。然而该种反射阵依然有体积大、笨重的缺点,辐射效率也很低。

Malagis在1978年首次将微带天线技术与反射阵天线相结合[7],发明了微带反射阵天线。微带反射阵天线因其剖面低、体积小、质量轻、成本低等优点引起了学界的关注。从九十年代初期开始,微带结构的平面反射阵天线被大量研究,并产生一系列的实际应用。

西安空间无线电技术研究所在我国来说对反射阵列天线的研究起步最早,在1998年就对赋形反射阵天线展开了研究[9],设计了一款工作频段6.175GHz,口径1.2m,增益在26dB左右,交叉极化约.30dB的赋形天线。南京理工大学对相控微带反射阵天线做了一定的工作[10]。在对反射阵的带宽、极化和馈源遮挡等方面,东南大学做了很多有益的研究[11]-[13]。文献[12]章文勋教授等人采用双层矩形微带贴片的单元设计了一款新型宽频带高增益变极化微带反射阵天线,工作频率为10GHz,增益为17.3dB,副瓣约为-13dB,交叉极化小于26dB。对折叠型双平板反射阵列天线、以及天线表面油漆对天线性能影响的消除等领域的研究工作,中国电子科技集团公司第十研究所走在前面[14][15]。中国科学院电子学研究所的研究人员展开了对工作在W频段平面反射阵列天线的研究[16],提出了一种环形贴片和环圆混合型贴片两种贴片组合构成的结构单元,并且以这种结构单元设计了几种不同的毫米波平面反射阵列天线,证实了该结构单元实现360°的相位变化。总之,国内的高校和科研单位对微带反射阵列天线的研究正在不断的深入进行,成果不断的出现。

由现有的研究成果可以看出,基于宽带反射阵列天线的研究已取得了一定的进展,但是也仍然存在着一些不足。比如有些设计的结构相对复杂,加工不易实现。另外,针对一些宽带的应用,现有设计的带宽范围还有待提高。因此,为了满足未来通信系统对大容量数据传输的要求,探索并提出进一步改善带宽且结构简单的单元结构是本项目将要研究的主要内容。

本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段(途径)

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