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圓極化天線具有抑制法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)、減小雨霧干擾、抗多徑干擾等優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星通信、導(dǎo)航和雷達(dá)等系統(tǒng)中。在實(shí)際應(yīng)用中，高增益天線能夠滿足更多的需求，而陣列技術(shù)是實(shí)現(xiàn)高增益天線的直接有效的方式。與窄帶天線相比，寬帶天線使雷達(dá)系統(tǒng)具有更好的抗干擾特性，并能夠提高雷達(dá)探測(cè)能力。因此，寬帶圓極化微帶陣列天線憑借諸多優(yōu)勢(shì)而成為近年來的研究熱點(diǎn)之一。

盡管如此，傳統(tǒng)微帶圓極化天線設(shè)計(jì)方法產(chǎn)生的圓極化帶寬有限。圓極化微帶天線的帶寬主要受到兩個(gè)因素的限制。一是微帶天線具有較高的品質(zhì)因素（Q值），而Q值越高，則意味著天線的儲(chǔ)能越多，向外輻射的能量越少。同時(shí)，天線的Q值與帶寬成反比關(guān)系。二是諧振式天線的特性與其電尺寸相關(guān)，切角的方式僅能夠調(diào)節(jié)中心頻率處的正交模，以滿足圓極化相應(yīng)的相移條件。然而，當(dāng)工作頻率偏離中心頻率時(shí)，切角結(jié)構(gòu)的電尺寸將發(fā)生變化，難以保持中心頻率時(shí)的特性。

中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心微波遙感技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士研究生柳海鵬與研究員張?jiān)迫A、副研究員趙曉雯，提出了新型的寬帶圓極化超表面陣列天線。這一陣列天線具有寬帶化、低成本、和低剖面等優(yōu)勢(shì)。該研究提出的寬帶圓極化超表面單元能夠結(jié)合兩層超表面的協(xié)同作用共同實(shí)現(xiàn)寬帶特性。同時(shí)，超表面單元天線保證在寬頻帶范圍內(nèi)滿足圓極化所需的相移條件，避免復(fù)雜的饋電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。進(jìn)而，針對(duì)寬帶陣列在高頻段出現(xiàn)較高副瓣電平的問題，基于方向圖疊加原理提出的寄生切角方環(huán)，該超表面陣列天線能夠在不額外增加陣列尺寸且不影響陣列其他輻射特性的前提下，降低陣列在高頻段的副瓣電平。這一超表面陣列天線具有寬帶化、小型化的優(yōu)點(diǎn)，在一些需要寬帶化的小型化雷達(dá)系統(tǒng)中具有應(yīng)用前景；寬帶天線可以使雷達(dá)系統(tǒng)具有更好的抗干擾特性并可以提高雷達(dá)探測(cè)能力。

相關(guān)研究成果發(fā)表在《IEEE天線與傳播匯刊》（IEEE Transactions on Antennas and Propagation）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金和中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)會(huì)員項(xiàng)目等的支持。

論文鏈接

新型寬帶圓極化超表面陣列天線示意圖

陣列天線實(shí)物圖及暗室測(cè)試環(huán)境