一種新型寬帶反射陣單元及其應(yīng)用

4反射陣天線設(shè)計(jì)及性能分析

由于本文預(yù)期設(shè)計(jì)的是一個(gè)49單元正饋反射陣，屬于較小規(guī)模反射陣，為了減少饋源的遮擋效應(yīng)，應(yīng)采用尺寸較小的天線作饋源，再加上要求具有一定的帶寬，因此采用端射式漸變槽天線做饋源。該饋源在AnsoftHFSS中的模型如圖5所示，中心頻率12GHz，帶寬9~15GHz。

圖5漸變槽天線結(jié)構(gòu)

在確定了饋源、單元結(jié)構(gòu)及陣列間距以后，再計(jì)算不同位置的單元的路徑差，從而根據(jù)反射陣單元相位曲線圖合理設(shè)計(jì)每個(gè)輻射單元的大小以補(bǔ)償從饋源到每個(gè)貼片的相位延遲，使每個(gè)輻射單元沿+z軸方向達(dá)到同相。整個(gè)天線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖6所示，方形反射平面的邊長為119mm,焦距為120mm。

圖6反射陣天線示意圖

在AnsoftHFSS中對(duì)此反射陣天線進(jìn)行仿真，結(jié)果如圖7-圖9所示。

圖712.5GHz時(shí)，反射陣天線輻射方向圖

此反射陣在12.5GHz時(shí)獲得最高增益19.6GHz。圖7給出了12.5GHz時(shí)，反射陣天線E面方向圖，可以看出該方向圖主波束寬度達(dá)10°，第一副瓣電平低于-15dB。圖8給出了低頻、中心頻率以及高頻三個(gè)頻點(diǎn)處的輻射方向圖。從圖中可以看出整個(gè)帶寬內(nèi)天線的輻射方向圖具有很高的一致性。反射陣增益隨頻率（9GHz~15GHz）的變化圖在圖9中給出。綜上，整個(gè)天線在12.5GHz時(shí)達(dá)到最高增益19.6dB，且在1dB增益帶寬（11GHz~14.7GHz）內(nèi)方向圖性能均良好，可見此反射陣單元可應(yīng)用于寬帶設(shè)計(jì)。

圖8不同頻率時(shí)的輻射方向圖

圖9反射陣天線增益圖

5結(jié)論

與傳統(tǒng)的單層反射陣單元相比較，本文提出的新型單元結(jié)構(gòu)能夠獲得大于360°的線性相位曲線范圍。利用這一新型單元設(shè)計(jì)的49元反射陣能夠?qū)崿F(xiàn)最高增益19.6dB，1dB增益帶寬28.8%（11GHz～14.7GHz），可見該新型單元具有展寬帶寬的性能，能夠應(yīng)用于寬帶反射陣的設(shè)計(jì)。