基于菱形单元的宽带微带栅格阵列天线设计

郝 刚，刘宇峰，陈新伟，韩国瑞

(山西大学 物理电子工程学院，山西 太原 030006)

0 引 言

栅格天线阵列(GAA)是一种具有多个矩形导线环或者微带线环的平面阵列天线[1]，它在 1964年 由Kraus 作为频率扫描天线提出[2]，并由Conti等人发展为微带版本的驻波天线[3].通常，栅格的短边和长边分别约为工作频率下的0.5λ和λ，电流在短边呈同相分布，形成主辐射；与短边垂直的长边电流在中点处反相，形成交叉辐射.微带栅格阵列天线主要具有体积小、易制造、交叉极化可控、高增益、馈电简单等优点[4,5]，可作为通信天线，如室外网桥信号的点对点传输，隧道、矿井等信号覆盖较差场景下的移动通信，以及附着在飞机或卫星等载体表面做共形天线；还可应用在医学领域，利用栅格阵列天线的高定向、高增益做微波热疗.然而受制于微带线元的窄带特性，天线在谐振点附近的输入阻抗对频率变化很敏感，这就使得原始结构下的带宽较窄，无法满足宽带通信的要求[6]，例如，在Assimonis等人的研究工作中[7]，7个辐射单元的原型栅格阵列的仿真阻抗带宽不足3%；在陈星等人的研究工作中[8]，13个辐射单元的微带栅格阵列的阻抗带宽为4.5%.因此设计一个具有宽带特性的GAA是一项很有意义的工作.近年来，国内外学者提出了一些提高GAA带宽的方法.Chen等人[9]使用阶梯型的微带线连接源端口和临近节点，改善了多单元阵列天线的阻抗匹配，最大带宽为2.65%；Assimonis等人[7]研究了栅格阵列天线在阻抗带宽和最大增益方面的影响因素，通过加载接地电阻把天线的带宽从2.19% 提升到了5.32%；……