基於電磁波時間反演的亞波長陣列天線研究

《基於電磁波時間反演的亞波長陣列天線研究》是依託西安電子科技大學，由徐雲學擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於電磁波時間反演的亞波長陣列天線研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：徐雲學
• 依託單位：西安電子科技大學

中文摘要

無線電設備的小型化使得天線單元及陣列的小型化問題日趨突出。電磁波時間反演技術能夠使亞波長陣列天線(小型化並經過特殊設計)具有超解析度聚焦特性，陣列的每個單元具備一路獨立通道的能力，有望解決亞波長陣列天線的互耦、寬角阻抗匹配、寬角波束掃描等電性能惡化問題。本課題擬從具有超解析度聚焦特性的亞波長陣列天線的設計需求角度出發，以二維亞波長陣列天線為主要研究對象，利用電磁波時間反演技術的時間和空間上的自適應的聚焦特性和電磁超材料技術在天線小型化方面的套用，探索研究基於時間反演技術的具有超解析度聚焦特性的亞波長陣列天線的工作機理；研究切實可行的亞波長陣列及單元實現方法;研究亞波長陣列天線的結構、互耦等參數與超解析度聚焦特性之間的關係，寬角阻抗匹配及寬角波束掃描等問題;並進一步探索研究基於電磁波時間反演技術的亞波長陣列天線的波束賦形及波束掃描的實施方法。

結題摘要

本項目主要研究基於時間反演技術的具有超解析度聚焦特性的亞波長陣列天線，項目相關的主要的理論及研究成果可套用於陣列天線的小型化、提高有效全向輻射功率及掃描能力等方面。 在超解析度聚焦特性的亞波長陣列天線的工作機理方面，理論研究了時間反演技術本身，分析結果表明時間反演技術只是一個信號處理的算法，本身並不具有時間和空間上的聚焦能力。藉助電磁波時間反演技術能否實現空間和時間上的聚焦嚴重依賴於系統所處的散射環境，也就是系統回響。研究了天線對時間反演算法實施過程中的影響，分析結果表明雖然單天線系統在時域發射和接收特性不具有互易特性，但是雙天線系統在時域仍然滿足時間反演技術對互易特性要求。 從量子力學中的不確定關係理論，研究分析了基於時間反演技術實現超分辨聚焦特性時，凋落波到傳播波的轉換的必要性。研究分析了凋落波和傳播波分解方法。並說明了凋落波中包含有高頻信息。 在亞波長陣列天線的單元設計方面，設計了小型化的Vivaldi天線單元，該天線通過引入短路線的方法，實現了天線的小型化；設計了基於超材料概念的矩形亞波長天線單元，該天線尺寸只有λ/13×λ/246×λ/12（長×寬×高），|S11|（dB）≤-10dB頻寬為23MHz左右，相對頻寬為1.5%。仿真的天線增益為2.3dB。設計了基於集總元件載入的半loop天線，該天線尺寸為λ/15×λ/120×λ/24（長×寬×高），|S11|（dB）≤-10dB頻寬為10MHz左右，相對頻寬為0.4%。仿真的天線增益為3.2dB。 在研究設計亞波長天線單元的基礎上，提出了基於UC-EBG和DGS的單元間互耦抑制方法，將該結構引入到間距為0.22λ的微帶天線之間，實現了13-18dB的互耦抑制效果。設計了基於小型化Vivaldi天線的一維亞波長陣列天線，單元間距為λ/10，在陣列天線周圍引入精細結構後，使天線周圍的凋落波轉化為傳播波，實現了一維亞波長陣列天線的超分辨聚焦特性。設計了基於超材料概念的亞波長天線單元的二維亞波長陣列天線，天線陣列規模為5×5，單元間距為λ/12，在陣列天線周圍引入精細結構，實現了陣列天線的超解析度的聚焦特性。