【儀表網 研發快訊】圓極化天線具有抑制法拉第旋轉效應、減小雨霧干擾、抗多徑干擾等優勢，廣泛應用于衛星通信、導航和雷達等系統中。在實際應用中，高增益天線能夠滿足更多的需求，而陣列技術是實現高增益天線的直接有效的方式。與窄帶天線相比，寬帶天線使雷達系統具有更好的抗干擾特性，并能夠提高雷達探測能力。因此，寬帶圓極化微帶陣列天線憑借諸多優勢而成為近年來的研究熱點之一。
盡管如此，傳統微帶圓極化天線設計方法產生的圓極化帶寬有限。圓極化微帶天線的帶寬主要受到兩個因素的限制。一是微帶天線具有較高的品質因素(Q值)，而Q值越高，則意味著天線的儲能越多，向外輻射的能量越少。同時，天線的Q值與帶寬成反比關系。二是諧振式天線的特性與其電尺寸相關，切角的方式僅能夠調節中心頻率處的正交模，以滿足圓極化相應的相移條件。然而，當工作頻率偏離中心頻率時，切角結構的電尺寸將發生變化，難以保持中心頻率時的特性。
中國科學院國家空間科學中心微波遙感技術重點實驗室博士研究生柳海鵬與研究員張云華、副研究員趙曉雯，提出了新型的寬帶圓極化超表面陣列天線。這一陣列天線具有寬帶化、低成本、和低剖面等優勢。該研究提出的寬帶圓極化超表面單元能夠結合兩層超表面的協同作用共同實現寬帶特性。同時，超表面單元天線保證在寬頻帶范圍內滿足圓極化所需的相移條件，避免復雜的饋電網絡設計。進而，針對寬帶陣列在高頻段出現較高副瓣電平的問題，基于方向圖疊加原理提出的寄生切角方環，該超表面陣列天線能夠在不額外增加陣列尺寸且不影響陣列其他輻射特性的前提下，降低陣列在高頻段的副瓣電平。這一超表面陣列天線具有寬帶化、小型化的優點，在一些需要寬帶化的小型化雷達系統中具有應用前景；寬帶天線可以使雷達系統具有更好的抗干擾特性并可以提高雷達探測能力。
相關研究成果發表在《IEEE天線與傳播匯刊》(IEEE Transactions on Antennas and Propagation)上。研究工作得到國家自然科學基金和中國科學院青年創新促進會會員項目等的支持。
新型寬帶圓極化超表面陣列天線示意圖
陣列天線實物圖及暗室測試環境
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