基于人工电磁材料的方向图可重构天线设计
近年来，随着远距离无线通信系统的飞速发展，具备工作状态可重构能力的天线引起了国内外研究学者的广泛关注。从左手媒质到数字编码超材料，人工电磁材料的出现与发展为天线设计带来启发和新的解决方案。本文在设计方向图可重构天线的同时，利用数字编码超材料实现低副瓣、低天线剖面和缩减雷达散射面积（RCS）等功能。在确保低成本、轻量化和结构简单的同时，增强方向图可重构天线的适应性。本文的主要研究内容如下： 1.提出一种具备低副瓣特性的1-bit可重构透射阵天线。首先，构造一种初始透射相位可调的1-bit圆极化超材料单元，结合粒子群优化（PSO）算法优化出每个单元的初始相位和不同扫描角度下口径面上的编码分布，于9.5GHz具备良好的二维波束扫描能力并且具备8.4％的相对阻抗带宽。对于0°扫描角的主波束，该天线在9.5GHz的峰值增益为16.5dBi，最大口径效率为21%，相对3dB增益带宽达到17.6%，相对3dB轴比带宽为5.2%。 2.提出一种具备低剖面特性的1-bit可重构折叠透射阵天线。首先，设计了一种微带贴片馈源和一种极化转换超表面，结合第二章设计的1-bit圆极化超材料单元共同组成1-bit可重构折叠透射阵天线，结合PSO算法优化出每个单元的初始相位和不同扫描角度下口径面上的编码分布，于9.5GHz具备良好的二维波束扫描能力并且具备7.4%的相对阻抗带宽。对于0°扫描角的主波束，该天线在9.5GHz的峰值增益为19.3dBi，口径效率为20.5%；天线的相对3dB增益带宽达到9.4%，相对3dB轴比带宽为16%。 3.提出一种具备低RCS特性的1-bit可重构透射阵天线。首先，设计一种透射模式和反射模式独立可重构的1-bit超材料单元，通过控制PIN二极管的工作状态，在9.2GHz至10.2GHz范围内，可独立实现对于x极化波的1-bit透射相位差和对于y极化波的110°~230°的反射相位差。通过计算不同扫描角下的编码分布，该天线于9.7GHz具备良好的二维波束扫描能力，并且具备9.3%的相对阻抗带宽。对于0°扫描角的主波束，该天线在9.7GHz的峰值增益为18.2dBi，相应的口径效率为21%，天线的3dB增益带宽为9.3GHz~10.2GHz，相对3dB增益带宽达到9.2%。对于垂直入射到口径面上的x极化波，该天线在9.4GHz到10.2GHz能够实现5dB以上的RCS缩减；对于垂直入射到口径面上的y极化波，通过控制每个可重构单元的反射工作状态，该天线可以实现散射方向图的可重构，并且选择不同的反射编码序列可以在不同频段有效降低RCS，从而灵活地实现RCS缩减。
可重构天线;人工电磁材料;散射方向图;RCS缩减;超表面
东南大学
硕士
电磁场与微波技术
崔铁军
2022
中文
TN820
2023-08-22（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）