基于有源頻率選擇表面的電掃描天線研究.pdf

1、近年來,隨著通信產業(yè)的發(fā)展,用戶數(shù)量急劇增長,頻譜資源日益緊張,為此,一系列新技術應運而生。其中智能天線技術可以有效改善信道鏈路性能,提升用戶容量,提高頻譜利用率,成為通信領域研究的熱點前沿技術之一。
　　常見的智能天線系統(tǒng),在形式上多是線形或圓形陣列,通過控制陣元之間的相對相位來控制波束形成(Beam-forming)。對相位的控制一般利用移相器實現(xiàn),并通過一系列相應的算法確定相對相位值,從而控制天線陣列輻射方向。對于整套智能天

2、線系統(tǒng)來說,移相器的開銷往往占據(jù)整套系統(tǒng)中的較大比重。因此,近年來很多學者開始研究無移相器的智能天線,或稱為電掃描天線。
　　本文針對基于有源頻率選擇表面結構的電掃描天線進行理論研究、仿真設計并加工實物測試驗證了提出的設計方案和相關理論。
　　提出了一種新穎的電掃描天線的結構及工作原理。該天線的電掃描能力是通過改變圍繞在一全向天線周圍的特殊的有源頻率選擇表面的工作狀態(tài),從而控制天線輻射方向來實現(xiàn)的。通過不同的配置方式,可以實

3、現(xiàn)多種模式的單波束掃描,完成對整個水平面內各方向的平滑電控掃描。此外,還可以實現(xiàn)多波束的電控掃描。
　　針對這種特殊形式的天線結構,本文進行了輻射特性的理論研究,將該天線的近場部分為行駐波區(qū)、功率交換區(qū)和二次輻射區(qū)。利用二次輻射的理論從線陣天線輻射開始展開理論推導,進一步推廣至共形陣列天線的輻射理論,再進一步推導出ESRRA(Electronicallysteerableradiatorsandreflectorsarray)天線

4、的輻射模型。從而建立了ESRRA天線輻射的陣因子模型。
　　有源頻率選擇表面是實現(xiàn)天線電掃描能力的一種全新方法,本文針對其特殊性,分析了這種頻率選擇表面應具備的技術指標要求,提出了一系列不等式方程,建立了應用于ESRRA天線的有源頻率選擇表面的基礎理論。有源頻率選擇表面面臨的一個關鍵問題就是其復雜的饋電網(wǎng)絡相互交織所引入的單元之間的陣列耦合和干擾,為了解決這個難題,本文提出了一種新穎的無偏置網(wǎng)絡頻率選擇表面通用拓撲結構,并對其進行

5、了仿真優(yōu)化。分析結果表明這種拓撲結構不但解決了該問題,還具有很好的通用性。在此基礎上為實現(xiàn)針對ESRRA天線的極化敏感方向的要求,首次提出了“磁環(huán)路陷阱”(Magneticlooptrap)結構。利用這一結構,很好地實現(xiàn)了前面所提出的窄帶寬,反射帶高反射率,通帶高透過率以及極化方向與單元延伸方向一致等一系列要求。并且,較為系統(tǒng)的提出了一種新穎的有源頻率選擇表面偏置網(wǎng)絡通用結構。這種結構通過電感的加載避免了其對天線工作頻段的干擾。仿真和實