寬頻電控可重構微帶反射陣技術研究

《寬頻電控可重構微帶反射陣技術研究》是依託西安電子科技大學，由史小衛擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：寬頻電控可重構微帶反射陣技術研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：史小衛
• 依託單位：西安電子科技大學

中文摘要

微帶反射陣不僅能大幅度減小天線體積、重量和製作成本，且通過可重構共用集成技術手段能顯著減少星載天線數量，因此它被視為未來星載系統的核心技術之一。微帶反射陣的瓶頸在於窄帶的限制，而頻寬受限將會極大地影響星載系統的有效載荷，因此開展寬頻微帶反射陣列天線的研究，將在衛星通信及航空航天等領域具有很大的套用前景。.本項目將重點研究微帶反射陣寬頻化技術、電控可重構寬頻微帶反射陣最佳化設計技術。首先從寬頻微帶反射陣單元設計入手，針對現有微帶反射陣寬頻化設計主要局限於單元頻寬考慮的技術缺陷，提出綜合考慮單元設計和陣列布局在內的寬頻化技術。進一步研究採用RF MEMS開關實現可重構微帶反射陣陣元相位的自適應控制。在此基礎上，完成電控可重構寬頻微帶反射陣的設計、製作及測試。本項目的研究目標是搭建寬頻微帶反射陣列的設計平台，為進一步開展相關的寬頻微帶反射陣技術研究奠定基礎。

結題摘要

微帶反射陣天線在衛星通訊、航天航空探測、雷達、接收數位電視廣播等領域有著非常好的研究前景，具有陣列天線和拋物面天線的優點如成本低、剖面低、質量輕、增益高以及易於製造，但是有窄帶，靈活性低的缺點。本項目立足於提高反射陣電性能，在平面反射陣頻寬、可重構特性、小型化、及波束控制方面進行了大量研究。對單元類型的研究主要提高工作頻寬，分別提出了帶外圓環槽的正方形單元、圓形貼片開槽單元和類橢圓環單元等寬頻單元結構，這些新型單元結構在展寬工作頻寬的同時，相位曲線也有良好的平滑度，實驗和仿真結果也驗證了該類單元能取得良好的效果；對陣列的電特性主要研究了可重構特性，分別設計了基於變尺寸、載入延遲線和旋轉型單元的反射陣，其中包括了基於集成頻率選擇表面結構（FSS）實現了頻率及方向圖可重構，以及微機電開關（MEMS）的單元結構的反射陣實現方向圖可重構，均取得了良好的可重構特性；對反射陣陣列排布的分析主要是稀疏化及小型化，稀疏化需要考慮到反射陣的工作原理，小型化主要採用Minkowski分形單元，實驗結果符合預期；最後針對反射陣列的最佳化，研究了針對中小型陣列的改進廣義多目標差分進化算法，該算法引入競爭機制、隨機非支配排序、精英克隆機制和個體保留機制，以及適合大型陣列的交集算法，引入目標方向圖漸變機制其加以改進，試驗結果證明該算法取得了良好的效果，可以有效地套用於星載反射陣天線的波束賦形；另外，進一步探索了陣列結構的多樣性，研究了採用空饋陣列天線概念設計的透射陣列天線，實現了較高的能量傳輸。基於數值和實驗結果，本課題實現了反射陣的寬頻化，使反射陣的電氣性能可調化，精簡了反射陣的結構使其易於裝載，並且反射陣的輻射特性可控化。完成了項目申請書所述的各項研究目標。