一种新型宽带反射阵单元天线设计及性能分析

从图3可以看出，该新型结构的单元能够获得400°（对应单元尺寸为2.5mm～4mm）的线性相位变化曲线，且曲线坡度较平缓。图4给出了在一定的频率范围之内该反射阵单元的相位变化曲线对比图，由此可以看出该单元具有宽带特性，能够应用于宽带反射阵的设计。

4、反射阵天线设计及性能分析

由于本文预期设计的是一个49单元正馈反射阵，属于较小规模反射阵，为了减少馈源的遮挡效应，应采用尺寸较小的天线作馈源，再加上要求具有一定的带宽，因此采用端射式渐变槽天线做馈源。该馈源在Ansoft HFSS中的模型如图5所示，中心频率12GHz，带宽9~15GHz。

图5  渐变槽天线结构

在确定了馈源、单元结构及阵列间距以后，再计算不同位置的单元的路径差，从而根据反射阵单元相位曲线图合理设计每个辐射单元的大小以补偿从馈源到每个贴片的相位延迟，使每个辐射单元沿+z轴方向达到同相。整个天线系统结构图如图6所示，方形反射平面的边长为119mm,焦距为120mm。

图6  反射阵天线示意图

在Ansoft HFSS中对此反射阵天线进行仿真，结果如图7-图9所示。

图7  12.5GHz时，反射阵天线辐射方向图

此反射阵在12.5GHz时获得最高增益19.6GHz。图7给出了12.5GHz时，反射阵天线E面方向图，可以看出该方向图主波束宽度达10°，第一副瓣电平低于-15dB。图8给出了低频、中心频率以及高频三个频点处的辐射方向图。从图中可以看出整个带宽内天线的辐射方向图具有很高的一致性。反射阵增益随频率（9GHz~15GHz）的变化图在图9中给出。综上，整个天线在12.5GHz时达到最高增益19.6dB，且在1dB增益带宽（11GHz~14.7GHz）内方向图性能均良好，可见此反射阵单元可应用于宽带设计。

图8  不同频率时的辐射方向图

图9  反射阵天线增益图

5、结论

与传统的单层反射阵单元相比较，本文提出的新型单元结构能够获得大于360°的线性相位曲线范围。利用这一新型单元设计的49元反射阵能够实现最高增益19.6dB，1dB增益带宽28.8%（11GHz～14.7GHz），可见该新型单元具有展宽带宽的性能，能够应用于宽带反射阵的设计。