【摘 要】
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全息天线的原理源自光学领域的全息成像技术。全息天线系统仅包括全息阻抗表面和馈源,无复杂的馈电网络,结构十分简单;且设计难度较低,可以轻松设计出可复现任意波束指向的全息图案。但目前大部分全息天线都采用的不可重构的简单方形金属贴片作为其单元结构,结构是固定不变的,所以一款全息天线只具有单一功能。要实现全息天线的可重构,找到可重构的单元结构是关键。本文以实现可重构全息天线为目标,在对全息天线的工作原理有
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全息天线的原理源自光学领域的全息成像技术。全息天线系统仅包括全息阻抗表面和馈源,无复杂的馈电网络,结构十分简单;且设计难度较低,可以轻松设计出可复现任意波束指向的全息图案。但目前大部分全息天线都采用的不可重构的简单方形金属贴片作为其单元结构,结构是固定不变的,所以一款全息天线只具有单一功能。要实现全息天线的可重构,找到可重构的单元结构是关键。本文以实现可重构全息天线为目标,在对全息天线的工作原理有了一个系统的掌握之上,提出了基于PIN二极管实现全息天线可重构的方案:每一个单元都集成一个PIN二极管,当PIN二极管导通时其辐射能量最低,而PIN二极管阻断时其辐射能量最大。在外加直流偏置电压的作用下,每个单元可任意实现这两种状态(类似二进制中的“0”和“1”)中的一种。因此这些单元组成的阵列可近似地记录任意干涉条纹的信息。接下来本文提出了两种具体的可重构单元结构:每个单元集成一个PIN二极管的矩形缝隙结构(结构一)和每个单元集成了两个PIN二极管的四重对称cELC结构(结构二)。首先基于PIN二极管的等效电路模型对上述两种结构进行了单元仿真,验证了单元的可重构性,接下来再对基于这两款可重构单元的天线结构分别进行仿真分析:两种结构最终都实现了波束指向的二维重构:方位角实现了360°全覆盖,俯仰角最大可扫描至65°;采用结构二的天线还进一步实现了极化可重构(包括线极化和圆极化)和多波束综合。本文还尝试了使用四分之一柱面波作为参考波,在全息表面的边缘角落实施同轴馈电,最终使得相同口径的结构二天线增益比结构一天线高了近3dB,口径效率提升了近一倍;并且发现优化传播常数也可进一步提高口径效率。最后对两种天线结构都设计了直流偏置网络——包括金属过孔、偏置线和扇形枝节,并仿真验证了该直流偏置网络对天线性能的影响在可接受范围内,说明了所述偏置网络的合理性。
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