漏波天线简述
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漏波天线的概念最初起源于1940年,由美国学者W.W. Hansen提出的一种长缝隙金属波导天线。这一创新设计赋予了漏波天线独特的特性,即其波束指向能够随着频率的变化而连续调整,为无线通信领域带来了革命性的进步。
漏波天线作为微波与毫米波通信系统中的关键组件,近年来得到了广泛的关注和研究。特别是在低损耗传输线上加载辐射元件的均匀型漏波天线和周期性加载的周期型漏波天线方面,研究取得了显著的进展。
一、均匀型漏波天线
均匀型漏波天线通过在低损耗传输线上连续加载辐射元件实现辐射,通常选择空间谐波中的基模作为波束扫描模式。然而,其波束辐射范围往往局限于前向特定区域。随着超材料技术的发展,基于复合左右手(CRLH)传输线的新型漏波天线结构被提出,通过在传输线上引入左手性质的串联电容与并联电感,成功扩展了波束扫描范围至后向区域,为漏波天线设计提供了新的思路。
二、周期型漏波天线
周期型漏波天线通过在低损耗传输线上以间隔长度p离散地加载辐射元件实现辐射,其基模通常为慢波模式,不能产生有效辐射。因此,这类天线通常利用-1次或更高次的负阶空间谐波模式进行波束扫描。为了实现更稳定的波束扫描性能,研究者们提出了多种抑制边带辐射(OSB)的方案,如四分之一波长阻抗匹配线、相位反转交叉结构、两相似辐射单元以及金属通孔与纵向缝隙协同作用等。
2、周期型
圆极化天线相较于线极化天线,展现出其独特的优势,这些优势包括出色的抗多径干扰能力、通信链路中接收端与发射端的高灵活性排布设计,以及卓越的多极化匹配性能。正是这些特性使得圆极化天线在卫星通信与雷达通信设备等高端应用场景中,扮演着至关重要的角色。
圆极化漏波天线
圆极化漏波天线因其在抗多径干扰、通信链路中接收端与发射端高灵活性排布与多极化匹配能力方面的独特优势,在卫星通信与雷达通信设备中具有重要的应用价值。目前,实现圆极化漏波天线主要有三种方案:通过两个极化方向正交的线极化漏波天线施加等幅度与90°相位差的馈电信号;利用顺序旋转的辐射贴片构成蝶形结构;以及通过低损耗传输线周期性地对单个或一对具有圆极化辐射特性的辐射单元进行激励。尽管这些方案各有特点,但实现宽扫描范围、高辐射效率和增益的圆极化漏波天线仍是研究的重点。
3、圆极化
在远距离通信中,通信路径中的路径损耗往往是不可避免的显著挑战。为了确保通信的稳定性和质量,对天线的辐射效率与增益有着特定的高标准要求,这是实现良好通信效果的关键所在。
高辐射效率与增益漏波天线
为了实现远距离通信中对天线辐射效率与增益的要求,研究者们提出了多种解决方案。传统的漏波天线长度需要达到八到十倍介质波长才能获得较高的辐射效率,但在空间有限的系统中不再适用。因此,如何在短阵列长度的漏波天线上实现高辐射效率与增益成为研究的关键。目前,通过在漏波天线上方加载透镜等无源结构,以及利用有源放大器等方法,已在一定程度上提高了漏波天线的增益,但同时也带来了新的挑战,如剖面与重量的增加、电路设计的复杂性等。
4、高辐射效率与增益
综上所述,漏波天线的研究正不断深入,新型结构和技术的应用为漏波天线的设计提供了更多的可能性。未来,随着新材料、新技术的不断涌现,漏波天线将在微波与毫米波通信系统中发挥更加重要的作用。