新型线-圆极化转换反射阵列天线的设计

简介：
本文介绍了一种创新设计的线-圆极化转换反射阵列天线，通过优化结构实现了高效的电磁波转换和辐射特性，适用于多种无线通信场景。 传统线-圆极化转换反射阵的一个主要难题是无法独立控制空间补偿相位值与正交极化相位差值。为解决这一问题，基于电场矢量合成原理提出了一种全新的设计方法，该方法能够将空间相位补偿方式和极化控制方式完全分开，并提供高纯度的线-圆极化转换能力。 具体而言，一种层叠三平行偶极子单元组被开发出来以实现这种独特的线-圆极化转换。通过这种方法设计、制造并测试了一款工作在X波段的线极化到右旋圆极化的反射阵天线。该设备在中心频点时表现出22.4 dB的增益，交叉极化性能优于-28 dB，并且具有10%左右的带宽（即1dB增益和3dB轴比）。 无线通信与雷达系统中高效率、远距离信号传输对于天线设计提出了更高的要求。平面结构的线-圆极化转换反射阵以其小巧体积及易于制造的特点成为现代技术中的重要组成部分，但传统设计方案在空间相位补偿以及正交极化的独立控制上存在局限性。 为突破这一瓶颈，本段落提出了一种基于电场矢量合成的新设计思路，能够实现完全分离的空间相位和极化控制。这种创新显著简化了天线的设计过程，并提高了性能指标特别是圆极化纯度方面。 该设计方案的核心在于使用层叠三平行偶极子单元组结构，包括上下两层分别负责x轴与y轴的正交分量处理，每层由三个矩形偶极环组成并用短金属条连接以减少交叉干扰。通过调整各偶极子长度，在中心频率处产生接近线性的反射相位响应及良好的反射系数曲线。 为了实现有效的线-圆极化转换功能，设计中还引入了金属栅格地层来反向y轴的入射波同时让x轴穿透，从而将输入的单一线性偏振分解为两个正交分量。经过上下两层单元的空间相位补偿后形成所需的相位差以产生右旋圆极化。 实际测试结果表明，在X频段下该线-圆极化转换反射阵天线表现出色：22.4 dB的中心增益，交叉抑制优于-28 dB，并且有大约10%带宽（即1dB增益与3dB轴比）。这些性能指标充分证明了新设计方案的有效性和实用性。 综上所述，这项创新性的设计不仅克服了传统线-圆极化转换反射阵的局限性，还提供了更高的灵活性和优化空间。它为高纯度线-圆极化技术的研究开辟了一条新的道路，并对远距离通信及雷达系统等领域具有重要的应用价值和发展潜力。未来有望广泛应用于高性能天线系统的开发中，进一步推动无线通讯技术的进步与发展。