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一种微带反射阵列天线单元特性研究

reflectarray antenna

一种微带反射阵列天线单元特性研究

陈虎1 郑雪飞2 李小秋1

( 南京电子技术研究所, 南京210039 )1 (天线与微波技术国防重点实验室,南京 210013)2

摘 要:带开路短截线的贴片是微带反射阵列天线设计中最常用的单元形式之一。结合应用于民用航天领域的薄膜反射阵列天线设计,比较和分析不同物理参数、阵列环境下单元电讯性能变化特点,并优化设计单层薄膜反射阵列天线试验阵面,给出分析结果,供不同应用背景下的反射阵列天线设计参考。 关键词:反射阵列天线;贴片单元;开路短截线

Performance Analysis of a Microstrip Rflectarray Element

CHEN Hu, ZHEN Xue-fei, LI Xiao-qiu,

1

2

1

( Nanjing Resrarch Institute of Electronics Technology , Nanjing Jiangsu, 210039)1

( National Key Laboratory of Antenna and Microwave Technology, Nanjing Jiangsu, 210013)2

Abstract: The patch with open ended stubs is popularly used for microstrip reflectarray. For designing membrance reflectarray antennas in a civilian space program, this paper compared the effects of various conditions and get the change rules, optimized one single-layer membrane reflectarray antenna. The results provide reference for various reflectarray design.

Key words:Reflectarray Antenna; Patch element;Open ended stubs

引 言

微带反射阵列天线以其特有的优势和广泛应用前景,成为近年来天线系统研究热点之一。特别随着新型通信系统、航空航天技术的发展和需求,各种形式的反射阵列天线得到深入研究和广泛应用。带开路短截线的贴片单元是反射阵列天线设计中最常用的单元形式之一,其利用开路线的长度变换来调节反射相位,原理简单,易于工程实现。

自上世纪80年代以来,国外学者对这种带开路线的贴片单元进行了各种研究与应用。John.Huang[1]等对其工作原理、相位补偿特性做了系统介绍,并与其它多种形式单元的特性进行比较;Oraizi[2]等从电路特性出发,提出了新型开路线的宽带补偿方法;

[3]

K.Y.Sze则利用此单元形式,设计了实验阵列,并给出了设计步骤和相关参数。近年来,国内相关研究机构和大学,也展开了深入研究。李秀梅[4]等设计了工程实验阵面,并给出了测试结果。

不可忽视的是在不同阵列环境和物理参数下,单元特性会发生变化。但单元特性在各种情况下的变化规律,鲜见于各种报道。本文结合应用于民用航天领域薄膜反射阵列天线设计,对不同阵列环境、物理参数下单元特性进行分析与比较,并加以总结,便于系统设计应用与参考。

薄膜间为空气介质。整个天线系统通常通过机械折叠、充气等形式展开,以应用于空间平台。本文分析的单元模型如图1所示,其电路模型如图2所示。

一种微带反射阵列天线单元特性研究

一种微带反射阵列天线单元特性研究

一种微带反射阵列天线单元特性研究

一种微带反射阵列天线单元特性研究

一种微带反射阵列天线单元特性研究

图1 单元物理模型

一种微带反射阵列天线单元特性研究

2 单元电路模型

Zo为开路线的特征阻抗,Zg为矩形贴片单元

1 原理描述

同常规微带反射阵列相似,薄膜反射阵列天线

分别在两层平行薄膜上印刷贴片单元和反射底板,

阻抗。

按照微带天线理论分析可知,工程设计时应选择恰当的贴片尺寸,使其在设计频率谐振;使Zo=Zg,开路线与贴片单元匹配,以减少损耗,保证天线工作效率。文献[1]中还提出,反射相位可以简单的按式(1)估算:

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