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硕士学位论文


电控波束扫描微带反射阵列天线研究


RESEARCH ON ELECTRICALLY BEAM
SCANNING MICROSTRIP REFLECTARRAY
ANTENNAS



苟元潇










哈尔滨工业大学
2012 年 6 月
国内图书分类号: 学校代码:10213
国际图书分类号: 密级:公开





工学硕士学位论文


电控波束扫描微带反射阵列天线研究





硕士研究生: 苟元潇
导师: 吴群教授
申请学位: 工学硕士
学科: 电磁场与微波技术
所在单位: 电子与信息工程学院
答辩日期: 2012 年 6 月
授予学位单位: 哈尔滨工业大学
Classified Index:
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Dissertation for the Master’s Degree in Engineering




RESEARCH ON ELECTRICALLY BEAM
SCANNING MICROSTRIP REFLECTARRAY
ANTENNAS




Candidate: Gou Yuanxiao
Supervisor: Prof. Wu Qun
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
Speciality: ic Field and
Microwave Technology
Affiliation: School of Electronics and Information
Engineering
Date of Defense: June, 2012
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
摘要
摘要
随着当代无线通信技术的不断快速发展,高增益波束扫描天线的研究受到了越
来越多的关注,其中电控波束扫描微带反射阵列天线是发展最为突出的。反射阵列
天线结合了传统反射阵面天线与相控阵列天线的部分优势,具有低成本、低损耗、
高辐射效率以及高精度波束控制的优点,被广泛应用于微波通信、卫星通信以及雷
达领域等。
本文首先介绍微带反射阵列天线的发展背景与国内外研究动态,并从基本理论
出发详细阐述了阵列天线的工作原理和研究方法,主要包括散射场计算、单元分析、
馈源设计以及辐射效率的推导。然后利用双层微带结构分别完成了正馈和偏馈下的
无源微带反射阵列天线的设计,仿真结果表明,阵列天线的性能完全符合最初预定
的设计要求与指标,这也就证明了阵列天线理论与设计思想的有效性和可靠性。
最后本文提出了加载微波变容二极管的新型反射阵列单元结构,在其可变电容
范围内能实现超过 360 度的反射相位连续变化,且相位随电容变化呈准线性分布。
并以此为基本反射阵列单元,设计实现了由 349 个单元组成的正馈电控波束扫描微
带反射阵列天线。通过调整反射阵面上所有单元的偏置电压,阵列天线能实现对远
场主波束在二维范围内任意方向的高效率辐射,且其波束方位角误差保持在 2 度以
下。另外在该反射阵列天线基础上,提出了任意方向下的双波束实现方法,并有效
的提高阵列天线的辐射效率。

关键词:微带反射阵列天线;电控波束扫描;双波束实现
I
Abstract
Abstract
With the rapid development of modern munications, high-gain
antennas with beam scanning capability have received more and more attentions, and the
electronically beam scanning reflectarray antenna is the most prominent. Compared to
the conventional reflectors and phased array antennas, the reflectarray antenna has the
advantages of low cost, low loss, high radiation efficiency