基于M-FSS的透射阵列天线研究

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透射阵列天线是近十年来新兴的高增益天线,因其结构紧凑、成本低廉、重量轻和高增益性能等优势,得到了广泛的研究和应用。与传统阵列相比,透射阵列天线的空间馈电机制是其最大的优势,它可以减少功分网络的插入损耗,并且正朝着低纵向剖面高度的方向发展。此外,印刷电路板(PCB)技术的发展使辐射面板上可以集成固态组件,从而使透射阵列天线可以达到电子波束扫描和波束形成的功能。尤其是随着通信产业的发展,透射阵列天线逐渐应用于5G、基站建设、雷达通信等领域。本文对基于多层频率选择表面(M-FSS)的透射阵列天线进行了研究。首先对透射阵列天线的研究背景和研究意义进行了叙述,在对前人的研究成果进行系统性的总结后,对透射阵列天线的工作原理及一般性设计原则进行了介绍。本文的主要工作内容如下:首先,设计了两款基于M-FSS原理的透射阵列天线。分别是双自由度透射单元的透射阵列天线以及开口双圆环透射阵列天线,它们分别使用了两层和三层的透射阵面。对设计的两款透射阵列天线进行了仿真实验。双自由度单元透射阵列天线的仿真峰值增益约为22.36d Bi,3-d B带宽约为17.09%。三层开口双圆环透射阵列天线的仿真峰值增益约为25.94d Bi,3-d B带宽约为20.69%。为了验证设计的可行性,对所设计的两款透射阵列天线进行了加工处理,并在微波暗室中进行了组装测量,测量结果与设计的仿真结果具有良好的吻合性。之后,提出了一种混合结构单元的透射阵列天线,天线由三层加载了不同结构金属贴片的介质基板组成,其第一层和第三层介质基板加载了双共形环结构的金属贴片,中间层的介质基板加载了双方环结构的金属贴片。双方环结构可以增大透射单元的相位调节范围。仿真结果表明,混合结构单元透射阵列天线的仿真峰值增益为26.42d Bi,3-d B带宽约为11.18%。最后,对完成的工作进行了总结与讨论。
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