基于有源频率选择表面的波束扫描天线设计

乔惠民，陈星

（四川大学，四川成都，610000）

0 前言

室内终端天线往往选择全向特性以保证通信信号能覆盖到房间里的每一个角落。然而，当人们的活动区域固定或多人聚集在某一区域时，继续采用全向天线便会出现信号能量浪费和容量不足等问题。针对这一问题，研究人员希望采用灵活的波束扫描天线来实时地根据用户需要对室内信号重新分配，从而提高通信质量。此外，波束扫描天线的其他显著特性，如提高传输距离、减少多径效应和提高通信容量，使其在军事、卫星网络和基站的点对多点通信系统中有着无限的应用潜力。因此，波束扫描天线具有重要的研究价值。

波束扫描天线的实现方式有很多，例如传统的相控阵天线便是利用移相器对每一阵元的相位进行控制，从而实现整个天线合成波束的切换与扫描。然而，移相器价格往往比较昂贵，因此整个天线系统的成本会大幅增加。此外，由于阵元间的耦合影响，当扫描角度增大到60°后天线波束的增益便会出现大幅降低，这些都限制其在对信号需要大范围覆盖方面的应用。另一种方法便是使用Butler矩阵，但是它与天线阵列的集成非常复杂，并且会占用着非常大的空间。有源频率选择表面因其制造简单、低成本和快速响应等特点被广泛用来实现大角度甚至整个平面的波束扫描天线。文献[7]中使用由PIN二极管控制有源频率选择表面和偶极子实现了在整个方位平面的波束扫描，在2.45GHz时的增益达到10dBi；……