成果发布 | 基于数字相控电磁表面的新型相控阵天线

1、成果简介

本成果属于天线技术领域。现有的高增益波束扫描天线主要有机械旋转抛物面天线和电控相控阵天线两大类。其中，旋转抛物面天线具有结构简单、成本低、效率高等优点，但其外形为特殊的曲面、体积庞大、重量沉且波束扫描速度慢、伺服系统要求高。电扫相控阵天线可以较好地克服上述不足，其不仅扫描速度快、性能更加灵活，平面或共形结构也更有利于与载体保持共形，但其馈电网络设计复杂，尤其当天线口径增大时，馈电损耗较高，天线的辐射效率较低，可实现的增益受限。虽然在单元中引入固态收发组件可以减小馈电损耗，但系统的成本、重量将大幅提高，这些都限制了现有相控阵天线的大规模应用。

本成果利用集成的数字控制器件直接调节数字相控电磁表面中每个数字相控辐射单元的辐射相位，并采用馈源从空间照射整个表面，通过数字控制的方式调节表面所有单元的相位，从而获得高增益聚焦的动态扫描波束和捷变波束。这种高增益波束扫描天线设计方法，结合了常见抛物面天线和相控阵天线的优点，同时克服了两者的不足，具有非常突出的性能、成本及推广使用优势。具体表现为：馈电损耗小、辐射效率高、波束扫描速度快、阵列规模拓展性强、结构简单、重量轻、易共形、成本低等。

本成果的可重构反射阵天线可产生高增益、高动态的笔状波束，实现远距离、高速率通信；还可实现波束指向的快速空间扫描，满足无人机平台飞行时互联互通的要求。此外，数字相控电磁表面显著降低了系统复杂度和成本，反射阵的空间馈电结构还避免了复杂的馈电网络设计；其结构简单，加工简便，轻薄便携，还可灵活展开，尤其适用于无人机配套的移动式地面图传接收天线的设计和实现，在移动平台高速图传市场有很好的竞争力。如搭载于无人机上，在100m-500m高度可实现30km-150km的通信覆盖，可提供40Mbps以上的高通量数传链路。

2、应用前景

本成果技术可广泛应用于中继通信、遥感成像、导航引导、无人机高速图传系统等领域。

3、知识产权

本成果获得发明专利授权1项。

4、团队介绍

项目团队长期研究基于电磁表面的电磁传输结构在通信和电磁成像领域的应用，如反射/透射阵天线、可重构反射/透射天线，可重构传感天线和毫米波安检成像系统。团队课题负责人为教授、青年千人、博士生导师，已出版五本学术专著，并参与编写六本学术专著，发表学术论文300余篇，申请专利18项。先后承担863、973、总装探索、自然科学基金等多个国家重大科研项目，担任中国电子学会天线分会委员，自然科学基金委评委等。团队成员还包括2名副教授和10名其他科研人员。

5、合作方式

投融资。

6、联系方式

电话：010-62798352

邮箱：liuyi2017#tsinghua.edu.cn