基于FSS的寬帶圓極化器和微帶反射陣天線的研究與設(shè)計.pdf

1、圓極化波在現(xiàn)代雷達和衛(wèi)星通信系統(tǒng)中有著非常重要的應(yīng)用。一方面，圓極化波能夠克服多徑效應(yīng)，另一方面，圓極化波較之于線極化波提供更優(yōu)質(zhì)的傳播特性。由于微波器件大多產(chǎn)生線極化波，因此設(shè)計圓極化器實現(xiàn)線圓轉(zhuǎn)化是非常重要的研究課題?；贔SS的寬帶圓極化器結(jié)構(gòu)簡潔，便于加工調(diào)測，易于加載其他線極化天線，具有很大的應(yīng)用優(yōu)勢。
　　隨著高頻雷達系統(tǒng)和遠距離通信的發(fā)展，高增益天線就變?yōu)楸匦?。傳統(tǒng)的實現(xiàn)方法有拋物面或者相控陣天線，拋物面天線又重又大

2、而且由于其曲面結(jié)構(gòu)加工難度大，而相控陣雷達可以實現(xiàn)寬角度的掃描波束，但是其成本高，損耗大。因此基于 FSS的微帶反射陣天線可以有效彌補這些缺點，具有低剖面、質(zhì)量輕、且方向圖可重構(gòu)等優(yōu)勢，具有潛在的工程應(yīng)用前景。
　　為此，本文通過綜述FSS的應(yīng)用研究，設(shè)計了X波段的基于FSS的寬帶圓極化器和極化選擇器，同樣還設(shè)計了一款X波段基于FSS的微帶反射陣天線。本文具體的研究內(nèi)容簡介如下：
　　1.設(shè)計完成了一款基于雙層FSS的寬帶圓

3、極化器。該結(jié)構(gòu)單元由S型半圓環(huán)金屬帶和兩個圓形貼片組成，通過優(yōu)化陣列單元尺寸，得到一個 X波段的寬帶圓極化器。在9GHz-11.5GHz范圍內(nèi)軸比小于3dB，工作帶寬超過2GHz，同時兩個正交極化分量TE極化和TM極化透射系數(shù)均大于0.8，傳輸頻帶隨入射角的變化小。為了驗證該圓極化器的性能，設(shè)計加工了一個20×20單元的陣列，通過在暗室測試，結(jié)果顯示在9.5GHz-11.5GHz頻帶內(nèi)軸比均小于3dB，且兩個正交的極化分量透射系數(shù)大于0

4、.78，由此設(shè)計得到一個X波段的結(jié)構(gòu)簡潔的寬帶圓極化器。
　　2.設(shè)計完成了一款多層 FSS級聯(lián)的極化選擇結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)由兩個圓極化器和一個線極化器級聯(lián)組裝，能夠透射LHCPW而反射RHCPW。通過實物加工、組裝和測試，設(shè)計的極化選擇結(jié)構(gòu)在9.2GHz-11.2GHz頻段，RHCPW傳輸系數(shù)小于-20dB而使LHCPW傳輸系數(shù)大于-2.5dB，實現(xiàn)了良好的極化選擇功能，研究具有極化選擇特性的FSS對提高天線抗干擾性能和探測能力具有重

5、要意義。
　　3.設(shè)計完成了一款基于FSS的微帶反射陣天線。該反射陣的“燈籠”型單元是雙諧振環(huán)結(jié)構(gòu)，通過尺寸變化來獲取所需的相移量。通過單元組陣后實現(xiàn)10GHz的微帶反射陣列，饋源采用標(biāo)準錐形喇叭天線和正反漸變槽天線，進行仿真設(shè)計，既實現(xiàn)波束聚焦也大幅提高了增益。經(jīng)過加工實測，本文設(shè)計的微帶反射陣天線能夠?qū)崿F(xiàn)X波段的波束聚焦功能，也展示了反射陣的整體設(shè)計過程。
　　本文設(shè)計的圓極化器和微帶反射陣天線都是基于 FSS單元的，設(shè)