基于变容二极管的高功率波束扫描折叠反射阵列天线设计OA
Design of varactor-tuned beam steering folded reflectarray antenna for high power application
针对高功率微波系统对天线高功率容量、低剖面和灵活波束扫描能力的需求,提出并设计了一种基于变容二极管的折叠式反射阵列天线.天线的主反射面单元采用正交方向加载变容二极管的四臂贴片结构,通过夹层结构和倒圆角设计,有效抑制了局部电场集中现象,显著提升了反射单元的功率容量;副反射面采用具有极化选择功能的金属栅条结构,馈源采用线极化喇叭天线.通过分别调节正交方向变容二极管的偏置电压,反射单元可实现360°的连续相位调控,并保持天线单元的线极化-交叉线极化转换功能,极化转换率大于97.5%.具有极化选择功能的副反射面折叠了电磁波路径,有效降低了剖面高度.基于此反射单元设计了9×9排布的折叠反射阵列天线,在中心频率4.3GHz处,天线增益为15.39dBi,口径效率达到41.36%,在0.1MPa气体SF6环境中,天线功率容量达到3.6MW,并能实现-20°~20°范围内的波束扫描.该设计为高功率阵列天线的低剖面设计和波束控制提供了新的途径.
To meet the requirements of high power microwave(HPM)systems for antennas with high power capacity,low profile and flexible beam steering,this work proposed a varactor-tuned folded reflectarray antenna(FRA).The main reflectarray surface adopted a four-arm patch element with varactor diodes in orthogonal directions.The design of a multilayer and rounded-corner structure suppressed local electric field concentration and increased the power handling capacity.The sub-reflector used metallic gratings with polarization selectivity,and the feed was a linearly polarized horn antenna.Independent bias tuning enabled each element to realize continuous 360° phase control and linear to cross-linear polarization conversion simultaneously,with a polarization conversion ratio(PCR)above 97.5%.The sub-reflector folded the propagation path and reduced the antenna profile.A 9×9 prototype was fabricated.At 4.3 GHz,the antenna achieved 15.39 dBi gain and 41.36%aperture efficiency.Under a 0.1 MPa SF6 environment,the power reached reached 3.6 MW,and a beam-steering range of-20° to 20° was obtained.The design provides an approach for low profile and beam-steerable reflectarray antennas in HPM applications.
王祚;李相强;邓江;张健穹;王庆峰
西南交通大学 物理科学与技术学院,四川 成都 610031西南交通大学 物理科学与技术学院,四川 成都 610031西南交通大学 物理科学与技术学院,四川 成都 610031西南交通大学 物理科学与技术学院,四川 成都 610031西南交通大学 物理科学与技术学院,四川 成都 610031
信息技术与安全科学
高功率容量折叠反射阵列天线变容二极管极化转换波束控制
high power capacityfolded reflectarray antennavaractor diodepolarization conversionbeam steering
《电子元件与材料》 2026 (1)
52-59,8
国家自然科学基金(62531021,62301459)
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