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相控阵天线广泛应用于军事雷达、电子信息对抗和卫星通信等领域,宽带宽角相控阵能够实现高速率信息传输和大范围波束覆盖,有效提高系统的性能,因此阵列的宽带宽角扫描特性的实现即是近些年来相控阵天线研究的热点,但同样也是难点。本文从宽带宽角匹配层对阵列扫描特性和阻抗特性的影响进行了分析,分别讨论了偶极子阵列与Vivaldi阵列加载介质匹配层、FSS结构匹配层和超材料匹配层对阵列扫描特性的显著改善,主要研究内容如下:1、讨论了可解析的偶极子阵列的扫描特性和阻抗特性,推导了对于可解析阵列加载匹配层的理论公式,并定性的讨论了偶极子阵列加载超表面和FSS结构匹配层对阵列自身扫描特性的影响。研究结果表明加载介质匹配层和“工”字型超表面匹配层能够较好的改善阵列的D面和H面的扫描特性,但是E面无改善;创新性的提出了金属条带状FSS匹配层,能较好的改善E面和H面特性,采用FSS和介质匹配层双层结构进一步改善了H面扫描特性。2、可解析阵列能提高设计的效率,但对于复杂结构的阵列很难使用解析公式来分析。本文接着以Vivaldi阵列作为研究对象,采用广义散射参数法,建立无限大Vivaldi阵列加载匹配层模型,进而讨论一维Vivaldi阵列加载匹配层的扫描特性。文中分析了单层介质匹配层、双层介质匹配层、双层FSS结构匹配层对一维Vivaldi阵列扫描特性的影响。结果表明采用多层介质匹配层对阵列扫描特性的改善比单层效果更好,采用双层FSS结构比采用介质匹配层效果更好,并减小了阵列中单元间的互耦特性。最后加工出加载双层FSS结构的一维Vivaldi阵列,仿真和测试结果表明,此结构能够在8~10GHz扫描至60°时中心单元的有源驻波比小于2,并且将阵列增益提高了1~3dB,同时还改善了阵列在大角度扫描时的交叉极化特性。3、文章最后推导了各向异性材料的等效传输线模型和各向异性超材料的本构参数反演公式,并讨论了加载有超材料匹配层的无限大Vivaldi阵列的扫描特性。MATLAB仿真优化结果表明加载超材料匹配层能够提供更大的设计自由度,对Vivaldi阵列的扫描特性改善显著,其中采用双轴各向异性超材料比单轴各向异性超材料效果更好。最后设计了两种超材料结构并进行了全波仿真分析,与MATLAB优化结果基本一致。