行波辐射与散射机理及其在低副瓣与低散射天线设计中的应用

Traveling-wave antenna is the antenna type that radiates electromagnetic energy based on traveling wave, and it has a lot of application types. The transmission lines, such as the microstrip lines, which are widely used in the electronic equipments, have undesirable leakage of energy based on traveling-wave radiation. The theoretical foundations are traveling-wave radiation mechanism, for both of the traveling-wave antennas which are based on traveling-wave radiation, and the transmission-line structures in which the radiation is undesirable. Therefore, it has great significance and value on the study of traveling-wave radiation mechanism. The past knowledge on the traveling-wave radiation mechanism is mainly from several classical references, and it is short of deeper study. The theory of effective-radiation section for one-dimensional uniform structure is proposed by this project group in our previous researches. In this project, the traveling-wave radiation mechanism will be further studied in depth and extent. The contributions of different parts of the traveling-wave radiation structure on the total radiation fields will be studied, and the research range will be extended to two-dimensional and periodic radiation structures. Designs of novel leaky-wave antennas with specific radiation performances and miniaturized surface-wave antennas will be proposed. In addition, another important part of this project is the study of scattering mechanism of uniform scattering structures using the analysis approach of traveling waves, and then the research will be extended to periodic scattering structures. New low-scattering techniques will be proposed, and novel low-scattering structures will be designed.

行波天线是利用行波辐射电磁能量的天线形式，具有很多应用类型。在电子设备中广泛使用的微带线等传输线结构，其中也存在着基于行波辐射的能量漏泄，这是不希望出现的。无论对于利用行波辐射的行波天线，还是对于希望抑制行波辐射的传输线结构，其理论基础都是行波辐射机理，因而加强对行波辐射机理的研究具有重要的意义。以往对行波辐射机理的认识主要来源于几篇经典文献，缺乏更深入的研究。本项目组在前期研究中针对一维均匀行波辐射结构提出了有效辐射段理论。本项目将进一步从深度和广度上加强对行波辐射机理的研究，不仅深入研究行波辐射结构各个部分对总辐射场贡献的大小，而且将研究范围扩展到二维及周期性辐射结构，并基于理论成果研制具有特定辐射性能的新型漏波天线及小型化表面波天线；此外，本项目的另一个研究重点是采用行波分析方法研究均匀结构散射体的散射机理，并推广到周期性结构的散射机理研究，提出新的低散射技术并研制新型低散射结构。

行波天线利用行波辐射电磁信号，是一类重要的天线类型，具有广泛的应用。对行波辐射机理的研究具有重要的理论意义和实用价值，可用于指导行波辐射结构的研究与设计，包括在地铁、隧道等场合用于提供无线通信电波覆盖的漏泄同轴电缆、漏泄矩形波导，用于高分辨率雷达的漏波天线，用于毫米波点对点无线通信系统的端射天线等。以往对行波辐射机理的认识主要来源于几篇经典文献，缺乏更深入的研究。本项目对行波辐射机理进行了深入研究，并在此基础上对新型漏波天线、基于行波原理的波束扫描天线和介质棒天线进行了研究，取得了以下成果：1) 提出了“有效辐射段”理论，这是对传统行波辐射理论的重要补充，具有一定的理论价值；2) 提出了漏波天线辐射方向图综合的新方法，采用简单的结构改变，就可以实现很好的方向图赋形效果，而且可以把交叉极化电平控制在很低的水平；3) 以漏泄矩形波导为例研究了周期性漏波结构的近场组成及各次空间谐波对远场的影响，研究结果表明传统认为不产生辐射的束缚模式对远场也有影响；4) 提出了一种在周期性漏波天线的辐射方向图中引入低辐射区域的方法，并研制了一种具有低辐射区的漏波天线；5) 对变倾角连续横缝隙阵列天线进行了研究，并提出了方向图预估算法；6) 研制了基于抛物面结构的高增益窄波束H面喇叭天线，相比于传统阵列式H面喇叭天线阵具有优势；7) 提出了改善介质棒端射天线的辐射特性与阻抗特性的新方法。由本项目资助的已发表论文有7篇，代表性论文发表在Nature旗下著名自然科学综合性期刊Scientific Reports及本领域顶级期刊IEEE Transaction on Antennas and Propagation等刊物，并得到了国际审稿专家的高度评价，认为有很高的应用价值。后续一些由本项目资助的成果也将陆续发表。培养硕士研究生6名。项目负责人凭借本项目资助所取得的成果，入选校级人才计划。