基于有源频率选择表面的超宽频率可重构电控扫描天线的研究

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近年来无线通信迅猛发展,所使用的设备也逐步向多功能化,超宽带化转变。这种发展趋势使得有限的频谱资源越来越紧张,同时在同一系统中使用数量众多的天线时也带来了电磁兼容问题。基于有源频率选择表面(AFSS)的电扫描天线作为智能天线的一种,能够根据需要改变自身的辐射特性以适应复杂的电磁通信环境。因而在解决上述遇到的问题时,与传统天线相比,这种新体制的天线具有明显的优势。然而,到目前为止这种天线还未见有实现超宽带的报道。  本论文研究了一种超宽频率可调方向图可重构的电扫描天线。天线由放置在中心的优化后的双锥天线和包裹在其四周的有源频率选择表面条带构成。传统双锥天线在频率变高时会出现波束分裂的现象,为了克服这个问题本研究采用了优化后抛物面锥形结构设计并采用3D打印加工电镀的方法成功实现了实物加工。实测结果表明在频带0.5 GHz到2.5 GHz内,双锥天线的回波损耗均低于-7 dB,且方向图有很好的一致性。同时,设计并实现了超宽可调的有源频率选择表面条带的单元,其工作频带为0.7 GHz到2.4 GHz。在这个可调范围内,其阻带深度均超过-10dB。电扫描天线的实际工作频带为有源频率选择表面工作带宽与优化后的双锥天线工作带宽的重叠部分即0.7 GHz到2.4 GHz。最后,为了更好的控制这一天线,本研究在orbit远场测试系统的基础上搭建了一套采用遗传算法的优化系统。利用该系统对天线全频带实现了高增益和低零深的优化与测量。在高增模式时天线的增益均在4.4 dBi以上,且额外增加的增益均在4 dB以上,在1.3 GHz时,这一值甚至达到6.495 dB。在低零深模式时零深可以超过-50 dBi。  通过本研究,设计并成功实现了多模式、超宽带范围内,全向电控可扫的电控扫描天线。从而进一步拓展了这种基于有源频率选择表面的电控扫描天线的应用范围。
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