基于频率选择表面的宽带平面透镜天线设计-论文.pdf

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1、2015年4月舰船电子对抗Apr．2015第38卷第2期SHIPB0ARDELECTR0NICC0UNTERMEASUREVo1．38No．2基于频率选择表面的宽带平面透镜天线设计王瑜(中国电子科技集团公司第2O研究所，西安710068)摘要：基于频率选择表面(FSSs)，设计了一种工作于24OHz的平面透镜天线，通过采用通带内的多谐振点，增加频率选择表面的通带带宽以及相位的稳定性，从而达到展宽透镜天线工作带宽的目的，给出了这种透镜天线的设计理论及设计流程，分析了仿真过程及结果，并通过对方向图的实测验证了设计理论。关键词：频率选择表面

2、；平面透镜；高增益天线；增益方向图；电磁仿真中图分类号：TN821．5文献标识码：A文章编号：CN32—1413(2015)02—0085—03DoI：10．16426／i．cnki．jcdzdk．2015．O2．O22DesignofBroadbandFlatLensAntennaBasedonFrequencySelectiveSurfacesWANGYU(The20thResearchInstituteofCETC，Xi'an710068，China)Abstract：Thispaperdesignsa24GHzflatlens

3、antennabasedonfrequencyselectivesurfaces(FSSs)，increasesthepassbandbandwidthofFSSsandphasestabilitybyusingmultipleresonancepointswithinpassbandtoextendoperatingbandwidthoflensantenna，presentsthedesigntheoryanddesignflowofthislensantenna，analyzesthesimulatingprocessandre

4、sult，andvalidatesthedesigntheorythroughactualtestofthepattern．Keywords：frequencyselectivesurfaces；flatlens；highgainantenna；gainpattern；electromagneticsimulation成。与传统的透镜天线类似，平面透镜天线由初级0引言馈源和多层频率选择表面构成的透镜组成。如图1透镜的作用是将喇叭天线、单极子等馈源辐射(a)所示，初级馈源的球面波前传经透镜后转化为平电磁波的球面波前转化为平面波前，从而提

5、高天线面波前。图1(a)中参数F为馈源相位中心至透镜的增益。与反射面天线一样，透镜天线也是微波领中心的距离，参数R为相位中心至频率选择表面阵域定向高增益天线的有效解决方案。传统的透镜天列中的第i个单元的距离。为了增加透镜的工作带线设计可以借鉴光学透镜的方法(光程法)，设计简宽，需要使用多层频率选择表面的结构以增加频率单且比反射面天线更具成本优势。随着印制电路板选择表面通带的谐振点个数，如图1(b)所示。(PCB)技术的提升，使用频率选择表面(FSSs)替代与传统透镜天线依据光程法设计有所不同，平传统的透镜逐渐进人人们的视野[1]。FS

6、Ss技术应面透镜天线通过频率选择表面对电磁波传输相位的用于透镜天线具有易于加工、低剖面、易于与系统集补偿达到聚束的作用。由于馈源辐射出的球面波前成等优点，具有极高的研究价值和应用潜力。到达频率选择表面时，相位中心与每个频率选择表1设计原理面单元之间的路径差导致了相应的相位差，为了将球面波前转化为平面波前，就需要频率选择表面单图1所示为一个典型的平面透镜天线的结构组收稿日期：2015—03—09第2期王瑜：基于频率选择表面的宽带平面透镜天线设计87一467．2。。基于以上理论，最终设计的透镜结构图如1O0图5所示。0．100。一200_

7、30o的．400．500．600．700(a)贴片阵列(b)缝隙阵列l012l4l6182O2224262830频率／GHz图5本文设计的平面透镜实例图4传输相位随几何缩放参数a的变化规律本文对图5所示透镜实例进行了测试。按图1所示构成平面透镜天线系统，分别测试了透镜天线2透镜天线设计实例与测试结果的峰值增益以及方向图，如图6、图7所示。在本节中，基于上文给出的新型FSSs单元做24出了一个实际透镜天线设计，并最终给出测试结果。22本课题采用图2所示的单元结构，构成一个15×15的单元阵列(总尺寸为135mm×135mm)。阵列中∞2

8、0辐各单元的尺寸按照需要补偿的相位值进行等比例缩磐18放。补偿相位值i可以根据下式进行计算口：169一一(R一F)±27【N+。(1)。Ao’14式中：。为工作频率的波长；。为初始相位；N为任20222426频~JGHz