圓極化天線(xiàn)具有抑制法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)、減小雨霧干擾、抗多徑干擾等優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星通信、導(dǎo)航和雷達(dá)等系統(tǒng)中。在實(shí)際應(yīng)用中，高增益天線(xiàn)能夠滿(mǎn)足更多的需求，而陣列技術(shù)是實(shí)現(xiàn)高增益天線(xiàn)的直接有效的方式。與窄帶天線(xiàn)相比，寬帶天線(xiàn)使雷達(dá)系統(tǒng)具有更好的抗干擾特性，并能夠提高雷達(dá)探測(cè)能力。因此，寬帶圓極化微帶陣列天線(xiàn)憑借諸多優(yōu)勢(shì)而成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)之一。

盡管如此，傳統(tǒng)微帶圓極化天線(xiàn)設(shè)計(jì)方法產(chǎn)生的圓極化帶寬有限。圓極化微帶天線(xiàn)的帶寬主要受到兩個(gè)因素的限制。一是微帶天線(xiàn)具有較高的品質(zhì)因素（Q值），而Q值越高，則意味著天線(xiàn)的儲(chǔ)能越多，向外輻射的能量越少。同時(shí)，天線(xiàn)的Q值與帶寬成反比關(guān)系。二是諧振式天線(xiàn)的特性與其電尺寸相關(guān)，切角的方式僅能夠調(diào)節(jié)中心頻率處的正交模，以滿(mǎn)足圓極化相應(yīng)的相移條件。然而，當(dāng)工作頻率偏離中心頻率時(shí)，切角結(jié)構(gòu)的電尺寸將發(fā)生變化，難以保持中心頻率時(shí)的特性。

中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心微波遙感技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士研究生柳海鵬與研究員張?jiān)迫A、副研究員趙曉雯，提出了新型的寬帶圓極化超表面陣列天線(xiàn)。這一陣列天線(xiàn)具有寬帶化、低成本、和低剖面等優(yōu)勢(shì)。該研究提出的寬帶圓極化超表面單元能夠結(jié)合兩層超表面的協(xié)同作用共同實(shí)現(xiàn)寬帶特性。同時(shí)，超表面單元天線(xiàn)保證在寬頻帶范圍內(nèi)滿(mǎn)足圓極化所需的相移條件，避免復(fù)雜的饋電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。進(jìn)而，針對(duì)寬帶陣列在高頻段出現(xiàn)較高副瓣電平的問(wèn)題，基于方向圖疊加原理提出的寄生切角方環(huán)，該超表面陣列天線(xiàn)能夠在不額外增加陣列尺寸且不影響陣列其他輻射特性的前提下，降低陣列在高頻段的副瓣電平。這一超表面陣列天線(xiàn)具有寬帶化、小型化的優(yōu)點(diǎn)，在一些需要寬帶化的小型化雷達(dá)系統(tǒng)中具有應(yīng)用前景；寬帶天線(xiàn)可以使雷達(dá)系統(tǒng)具有更好的抗干擾特性并可以提高雷達(dá)探測(cè)能力。

相關(guān)研究成果發(fā)表在《IEEE天線(xiàn)與傳播匯刊》（IEEE Transactions on Antennas and Propagation）上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金和中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)會(huì)員項(xiàng)目等的支持。

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新型寬帶圓極化超表面陣列天線(xiàn)示意圖

陣列天線(xiàn)實(shí)物圖及暗室測(cè)試環(huán)境