成果名称: 波束全向扫描微带漏波天线的原理和应用研究
完成单位: 中山大学
主要人员: 李元新、刘菊华、张轲、唐锡辉、杜德鹏、曹林、陈巧珍
介绍:

   课题来源与背景:近年来,电控波束可调天线技术得到了充分的发展。微带漏波天线以其低剖面,结构简单,特别是微带漏波天线的波束电控频扫特性,使其已被广泛应用于各个方面。传统的微带漏波天线的天线主波束仅在法线方向与端射方向之间扫描。如果我们在保持微带漏波天线特性的同时,实现天线主波束的全向扫描,应可以大大提高微带漏波天线的应用范围。

   技术原理及性能指标:通过控制基本单元结构的W,h,εr,ΔL等参数,或者单元结构的排列方式d和n都可以控制周期性天线的相位系数,使相位系数在某些频段或某些情况下小于0并且满足│βzn│< k0,即微带漏波天线工作于漏波区域。对天线基本单元结构进行改进,把他们按一定的规律排列组成周期性天线结构,或者在天线特殊部位加载可控元,那么通过控制工作频率,或者找到其它控制相位系数βzn的参数,可以使相位系数βzn在正负数之间变化,从而实现微带漏波天线的主波束前后向扫描。对于周期性微带漏波天线,也可以通过新型的基本单元结构,例如在单元结构上开槽,或者改进基本单元结构的排列方式使天线辐射能力增强,抑制阻带区域,使天线主波束连续由后向方向向端射方向扫描。

   技术的创新性与先进性:
   (1) 本项目提出在微带线上应用周期性结构,通过控制天线传播系数的正负变化,实现天线主波束的全向扫描。周期性的微带漏波天线相比起传统的全向扫描天线,可以有效地简化结构,降低成本。
   (2) 对于全向扫描的微带漏波天线,假若我们可以找到某个结构参数或者通过加载某些电子元件控制相位系数,则我们可以实现天线波束的受控扫描,从而实现频率固定波束可调或者频率可调波束固定的天线设计。
   (3) 本项目把半宽度微带漏波天线作为基本单元结构。

   技术的成熟程度,适用范围和安全性:对于半宽度微带漏波天线,我们在前期工作中已经推导出其传播系数的计算公式,也对它的某些特性开展了讨论,例如半宽度微带漏波天线的介质板宽度的大小对波瓣图有较大影响,假若介质板宽度过窄,将会出现在介质板上下对称的主波束。也比较了金属面和连续均匀分布的多条金属棒两种短路结构设计的优缺点。但是,半宽度微带漏波天线依然有一系列问题需要进一步厘清和研究,例如如何计算半宽度微带漏波天线的有效谐振宽度。虽然我们已知半宽度微带漏波天线的天线宽度大致为传统微带漏波天线的一半,但是随着天线宽度的减少,微带线开路端的开口效应对天线有效宽度应有一定的影响。如果可以推导出一条准确计算半宽度微带漏波天线有效宽度的公式,这将对我们的研究有相当的裨益。通过实验验证表明,由均匀连续分布多条金属棒组成的短路结构是可以有效地实现半宽度天线设计。

   应用情况及存在的问题:本研究小组针对微带漏波天线已开展了多年的研究,结合我们在微带漏波天线理论分析以及设计方面已取得的成果和经验,设计新型微带漏波天线实现波束全向扫描应有一定的把握。虽然在寻找某些结构参数控制相位系数的变化这个方面可能有一定的风险,但是也应该可以克服。针对半宽度微带漏波天线的研究还处于起步阶段,仍有相当多的问题需要进一步厘清,开展对半宽度微带漏波天线的深入探讨应可以借用本研究小组对微带漏波天线进行理论分析的经验,取得一定的成果。
  项目按年度计划顺利开展,达到了预期目标,取得了相当的研究成果。项目开展期间,项目组已在国内外发表SCI收录学术论文9篇,其中国际天线与电磁场领域权威期刊IEEE Transactions on Antennas and Propagation论文5篇;申请国家专利3项。

批准登记号: 粤科成登(2)字【2019】0007
登记日期: 2018-11-07
研究起止时间: 2010.01 至2012.12
所属行业: 信息传输、软件和信息技术服务业
所属高新技术类别:
评价单位名称: 中山大学学术委员会
评价日期: 2018.10.26