寬-雙頻和變極化反射陣天線的關鍵技術研究.pdf

1、自21世紀以來，隨著技術的發(fā)展，反射陣天線以其低成本、高效率、易共形和易重構的多重優(yōu)勢已成為天線工程領域研究的熱點。完善和創(chuàng)新不同類型反射陣天線的設計方法，不斷提升其性能參量指標，以適應更多更廣的應用場合具有十分重要的理論意義和工程價值。本文采用理論分析與實驗驗證并重的研究方法，在頻率域和極化域內(nèi)圍繞寬頻帶、雙頻段和變極化三個應用方向展開了具體的研究工作。本文首先介紹了反射陣天線的工作原理，常用單元類型，總體設計流程及分析方法；其次按照

2、不同的應用背景和實現(xiàn)技術，分別對幾種不同類型的反射陣天線論述了各自的設計要點，最后給出了相應的設計實例及實驗結果。本文主要的研究成果和創(chuàng)新點如下：
　　(1)研究了基于相位優(yōu)化多諧振的寬帶技術。針對多諧振的雙十字環(huán)單元諧振時能量場過于集中，單元損耗高和相位曲線梯度大的問題，本文提出了一種工作在Ka頻段的改進型十字環(huán)單元。該單元通過將內(nèi)十字環(huán)替換成十字貼片，拉開了內(nèi)外諧振點間的距離。新單元的單元損耗、相位曲線線性度和工作帶寬等特性較

3、傳統(tǒng)雙十字環(huán)單元均有較大的提升。本文設計了一款使用該單元的單層寬帶雙極化反射陣天線，其1.5dB增益帶寬超過18％，較傳統(tǒng)雙十字環(huán)單元提升了50%，性能指標明顯改善。
　　(2)提出了一種多諧振技術的改進方法。針對傳統(tǒng)多諧振單元對相位曲線線性度和工作帶寬提升有限的問題，本文提出了一種融入亞波長和分形幾何技術的四螺旋臂加載的閔可夫斯基分形雙方環(huán)單元，實現(xiàn)了在長0.27λ0的亞波長柵格中420°的線性移相范圍。同時，利用等效電路模型法

4、對新單元的結構參數(shù)和諧振特性進行了分析和研究。通過使用該方法，在改變基片材料和承載結構時，可在一定頻率范圍內(nèi)快速的重構計算出新單元的反射特性，避免了再次進行全波仿真的資源損耗。使用該亞波長多諧振單元的 X頻段單層寬帶反射陣天線相較傳統(tǒng)的雙方形環(huán)反射陣，其1dB增益帶寬由9%提升到了38%，性能指標提升顯著。
　　(3)提出了一種基于互耦控制的毫米波雙頻段雙極化反射陣的設計及優(yōu)化方法。Ka/W雙頻段雙極化反射陣天線面臨著單元間互耦劇

5、烈，工作頻比高和加工裝配風險大等問題。針對單層雙頻單元工作帶寬窄，相位曲線梯度高，以及多層雙頻單元需要引入支撐結構，加工風險和損耗高的問題，本文提出了一種使用層疊十字形貼片和單/雙方形貼片的雙頻嵌套單元組的設計方案。同時，根據(jù)該單元組的特性采用單元替換、相位階梯量化和基于局部分組的單元選取規(guī)則優(yōu)化等互耦控制方法，進一步抑制了單元間耦合的變化，加強了單元組的局部周期性。使用該單元組的Ka/W雙頻段雙極化反射陣天線能很好的滿足工程應用的指標

6、要求。
　　(4)提出了一種基于可調(diào)波程差的無源變極化反射陣天線的實現(xiàn)方案。針對傳統(tǒng)無源變極化反射陣無法有效抑制相位互耦，難以提高極化隔離和不易實現(xiàn)可變極化相位差等問題，提出了一種使用可控的極化傾角γ和相位差δ實現(xiàn)可變極化反射陣的方案。根據(jù)該方案，設計了一種加載延遲空氣腔的雙層三平行偶極子環(huán)單元。分置兩層的偶極子環(huán)單元分別提供了兩個極化的空間補償相位θx,y，抑制了相位互耦的影響。兩層間插入的金屬柵格地實現(xiàn)了入射電磁波的正交分解，