【摘 要】
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面内馈源反射面天线是为解决传统反射面天线高剖面结构不利于其集成化与小型化的问题,而提出的一种基于相位梯度超表面实现的新型超表面天线。相对于传统反射面天线来说,面内馈源反射面天线具有极低的剖面,非常适合与平板电路搭配使用,而且其设计复杂度、制造难度以及实现成本都远低于传统反射面天线。因此研究面内馈源反射面天线有重要的现实意义和潜在的应用价值。本文在面内馈源反射面天线的基础上,结合现代通信系统对高性能
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面内馈源反射面天线是为解决传统反射面天线高剖面结构不利于其集成化与小型化的问题,而提出的一种基于相位梯度超表面实现的新型超表面天线。相对于传统反射面天线来说,面内馈源反射面天线具有极低的剖面,非常适合与平板电路搭配使用,而且其设计复杂度、制造难度以及实现成本都远低于传统反射面天线。因此研究面内馈源反射面天线有重要的现实意义和潜在的应用价值。本文在面内馈源反射面天线的基础上,结合现代通信系统对高性能天线的发展需求,针对其在性能方面的不足,例如带宽窄、增益不高两方面进行研究。围绕影响天线性能的馈源和相位梯度超表面设计分别展开探究,提出天线拓宽带宽以及提高增益的具体实现技术。结合目前功能多样化天线的发展趋势,分别设计了具有超宽带双波束辐射特性、高增益的新型面内馈源反射面天线。本文的创新点及主要的工作内容如下:（1）基于准平行板波导的超宽带双波束超表面单元辐射天线研究。基于具有独立调控幅值与相位特性的I形单元,提出了一种超宽带双波束天线设计方法。该方法拟采用I形单元设计可以在超宽频带内实现表面波耦合的相位梯度超表面,通过合理排布相位梯度超表面实现双波束。为了激励超表面单元,设计了准平板波导作为馈源。为了验证上述方法的可行性,对天线模型进行了加工测试。测试结果表明该天线在8-11GHz频带内具有明显的对称双波束特性,即在以9.5GHz为中心频点处具有31.6%的相对带宽,且最高实际增益可达16.2dBi,整个工作频段内的增益变化不超过5dB。实验测试结果与仿真结果相符合,证明了设计方法的可靠性。（2）引向天线阵列馈电的高增益超表面单元天线研究。为了解决面内馈源反射面天线的低效率馈源导致天线增益不高的问题,我们基于平板端射天线结构设计了具有高效率馈电的引向振子结构。引向振子结构通过多个引向振子引导电磁波传播的方式,逐步激励对称放置于两侧的相位梯度超表面,超表面单元作为天线单元进行辐射。为了验证设计的可行性,对上述天线结构进行了CST仿真计算,结果显示天线在2.8GHz-3.0GHz频段范围内,最高实际增益可达14.8dBi,与原设计的仿真计算增益相比在2.9GHz提升了6.5dBi。仿真结果表明在改进馈源设计后天线增益得到明显的提升。
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