一種新型寬帶反射陣單元及其應用

4反射陣天線設計及性能分析

由于本文預期設計的是一個49單元正饋反射陣，屬于較小規模反射陣，為了減少饋源的遮擋效應，應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漸變槽天線結構

在確定了饋源、單元結構及陣列間距以后，再計算不同位置的單元的路徑差，從而根據反射陣單元相位曲線圖合理設計每個輻射單元的大小以補償從饋源到每個貼片的相位延遲，使每個輻射單元沿+z軸方向達到同相。整個天線系統結構圖如圖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中對此反射陣天線進行仿真，結果如圖7-圖9所示。

圖712.5GHz時，反射陣天線輻射方向圖

此反射陣在12.5GHz時獲得最高增益19.6GHz。圖7給出了12.5GHz時，反射陣天線E面方向圖，可以看出該方向圖主波束寬度達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頻點處的輻射方向圖。從圖中可以看出整個帶寬內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，整個天線在12.5GHz時達到最高增益19.6dB，且在1dB增益帶寬（11GHz~14.7GHz）內方向圖性能均良好，可見此反射陣單元可應用于寬帶設計。

圖8不同頻率時的輻射方向圖

圖9反射陣天線增益圖

5結論

與傳統的單層反射陣單元相比較，本文提出的新型單元結構能夠獲得大于360°的線性相位曲線范圍。利用這一新型單元設計的49元反射陣能夠實現最高增益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，能夠應用于寬帶反射陣的設計。