复合空馈阵天线的研究与应用

In this project a novel kind of high-gain planar antenna --- compound air-fed array (CAFA) antenna will be studied, which essentially is improved Fabry-Perot resonator antenna with compensation design of aperture field distribution. CAFA owns the merits of both air-fed antenna and array antenna: simplicity of feeding, low feeding loss, high efficiency, beam shaping possibility, low-profile and low cost. According to the adopted material, it has two sub-types: printed CAFA and metallic CAFA. Research work mainly include: 1) the theory of air-fed array antenna base on “differential phase factor” analysis method; 2) sub-array technique of CAFA to realize high-gain, low side-lobe level and high aperture efficiency; 3) beam shaping technique of metallic CAFA antenna; 4) application potentiality of CAFA in millimeter wave communication and mobile communication. The prospected research achievements will solve the common problem in high-gain planar antennas: contradictory between feeding loss and gain, and between aperture efficiency and side-lobe level. The research work exhibits good theoretical significance and engineering potentiality.

项目研究一种新型的中/高增益平板天线---复合空馈阵（CAFA---Compound Air-fed Array）天线，它是融入了口面场赋形设计的改进型Fabry-Perot谐振器天线，兼具了空馈天线和阵列天线的优点：馈电简单、损耗低、效率高、可波束赋形、轮廓低、成本低等，根据材质和工艺可分为基于印刷工艺的印刷式CAFA和基于全金属材质的金属式CAFA两个子类。研究内容主要包括：基于“差相因子（P-值）”分析法的空馈阵天线理论；实现高增益、低副瓣、高效率的CAFA组阵技术；金属式CAFA天线的波束赋形设计技术；探索CAFA在毫米波通信和移动通信中的潜在应用。项目融合了空馈天线理论和阵列天线理论，预期成果有望解决高增益平板天线中馈电损耗与增益之间以及口径效率与副瓣电平之间的矛盾，研究工作富有理论价值和潜在工程应用前景。

项目研究一种新型的中/高增益平板天线---复合空馈阵（CAFA---Compound Air-fed Array）天线，融合了空馈天线理论和阵列天线理论，兼具馈电简单、损耗低、效率高、可波束赋形、轮廓低、成本低等优点，项目研究目标解决高增益平板天线中馈电损耗与增益之间以及口径效率与副瓣电平之间的矛盾，从理论研究和工程实践两个方面开展项目研究。.项目有三个方面的主要研究内容和研究成果：1）进一步丰富了空馈阵列天线理论。空馈阵列天线是天线理论的一个分支，本项目采用“相位因子”法研究空馈阵列天线，获得一系列解析公式和图表，丰富了空馈阵列天线的研究方法，对空馈阵列类天线的分析设计具有一定理论指导意义。2）扩展了新材料、新工艺在复合空馈阵天线的应用。项目研究了Meta-surface、全介质以及太阳能多晶硅基片在天线中的应用，取得一定创新性成果，丰富了CAFA的结构形式和应用价值。3）改进型M-CAFA高增益组阵技术成果应用于Ku/Ka卫星通信天线。项目结合当今Ku/Ka频段卫星通信天线的需求，改进设计M-CAFA天线单元和组阵方案，取得完全满足工程需求指标的研究成果。研究结果表明该方案相对现有其它平板阵列天线具有更低成本、更高辐射效率，具有明确的工程应用前景。.通过共发表相关学术论文8篇，其中6篇期刊论文、2篇国际会议论文；6项专利申请，其中获授权实用新型专利5项，3项发明专利进入实质审查阶段；完成一批具有工程应用价值的实物样机。