宽带电控可重构微带反射阵技术研究

微带反射阵不仅能大幅度减小天线体积、重量和制作成本，且通过可重构共用集成技术手段能显著减少星载天线数量，因此它被视为未来星载系统的核心技术之一。微带反射阵的瓶颈在于窄带的限制，而带宽受限将会极大地影响星载系统的有效载荷，因此开展宽带微带反射阵列天线的研究，将在卫星通信及航空航天等领域具有很大的应用前景。.本项目将重点研究微带反射阵宽带化技术、电控可重构宽带微带反射阵优化设计技术。首先从宽带微带反射阵单元设计入手，针对现有微带反射阵宽带化设计主要局限于单元带宽考虑的技术缺陷，提出综合考虑单元设计和阵列布局在内的宽带化技术。进一步研究采用RF MEMS开关实现可重构微带反射阵阵元相位的自适应控制。在此基础上，完成电控可重构宽带微带反射阵的设计、制作及测试。本项目的研究目标是搭建宽带微带反射阵列的设计平台，为进一步开展相关的宽带微带反射阵技术研究奠定基础。

微带反射阵天线在卫星通讯、航天航空探测、雷达、接收数字电视广播等领域有着非常好的研究前景，具有阵列天线和抛物面天线的优点如成本低、剖面低、质量轻、增益高以及易于制造，但是有窄带，灵活性低的缺点。本项目立足于提高反射阵电性能，在平面反射阵带宽、可重构特性、小型化、及波束控制方面进行了大量研究。. 对单元类型的研究主要提高工作带宽，分别提出了带外圆环槽的正方形单元、圆形贴片开槽单元和类椭圆环单元等宽带单元结构，这些新型单元结构在展宽工作带宽的同时，相位曲线也有良好的平滑度，实验和仿真结果也验证了该类单元能取得良好的效果；对阵列的电特性主要研究了可重构特性，分别设计了基于变尺寸、加载延迟线和旋转型单元的反射阵，其中包括了基于集成频率选择表面结构（FSS）实现了频率及方向图可重构，以及微机电开关（MEMS）的单元结构的反射阵实现方向图可重构，均取得了良好的可重构特性；对反射阵阵列排布的分析主要是稀疏化及小型化，稀疏化需要考虑到反射阵的工作原理，小型化主要采用Minkowski分形单元，实验结果符合预期；最后针对反射阵列的优化，研究了针对中小型阵列的改进广义多目标差分进化算法，该算法引入竞争机制、随机非支配排序、精英克隆机制和个体保留机制，以及适合大型阵列的交集算法，引入目标方向图渐变机制其加以改进，试验结果证明该算法取得了良好的效果，可以有效地应用于星载反射阵天线的波束赋形；另外，进一步探索了阵列结构的多样性，研究了采用空馈阵列天线概念设计的透射阵列天线，实现了较高的能量传输。. 基于数值和实验结果，本课题实现了反射阵的宽带化，使反射阵的电气性能可调化，精简了反射阵的结构使其易于装载，并且反射阵的辐射特性可控化。完成了项目申请书所述的各项研究目标。