中文引用格式： 張海燕，石喜玲，高麗珍，等. 基于可重構PRS的一維電子波束轉向Fabry-Perot天線設計[J]. 電子技術應用，2024，50(9)：52-58.
英文引用格式： Zhang Haiyan，Shi Xiling，Gao Lizhen，et al. Design of one-dimensional electronic beam-steering Fabry-Perot antenna based on reconfigurable PRS[J]. Application of Electronic Technique，2024，50(9)：52-58.
引言
隨著無線通信系統的快速發展，現代天線研究正朝著多功能、高度集成化、智能化方向發展[1]。一些傳統天線僅具有固定的工作性能，已不能滿足復雜的通信系統和多任務處理的需求。由于這一問題，多功能可重構天線引起了研究者的廣泛關注[2-4]。早在1983年，Schaubert等人就提出了可重構天線的概念[5]。而波束可重構天線由于在移動衛星通信、軍事戰爭等方面的應用需求愈發強烈，因此對波束可重構天線的研究顯得更加迫切和重要。 Fabry-Perot(F-P)諧振腔天線因其具有高增益、低剖面、饋電方式簡單、低成本等特性而備受關注[6-11]。它通常由輻射饋源、接地板和部分反射表面(Partially Reflective Surface, PRS)三部分組成，從饋源發射出的電磁波在腔體內不斷反射和傳輸，根據射線理論，當透射出PRS的射線全部同相時，可以增強輻射電場，從而獲得高增益特性。除了高增益特性外，波束轉向能力也是F-P天線的一個特別有用的特性。它可以提高系統容量和天線的利用效率，并擴大電磁輻射區域范圍。因此，近年來國內外學者對波束轉向的F-P諧振腔天線進行了一系列研究[12-15]。
目前，最常用的波束控制方式包括機械調控和電子控制技術。機械調控技術是指相對天線中心軸機械旋轉PRS或將液態金屬注入天線結構實現波束可重構。例如，2017年，Afzal等人[12]采用一對完全無源的超表面作為F-P諧振腔天線的PRS，它們圍繞天線軸獨立或同步旋轉以改變天線近場的相位分布，使天線波束可以在一個大的錐形區域內(頂角為102°)轉向任何方向。2020年，Yang等人[13]通過將液態金屬注入PRS的特定區域來控制輻射模式。所設計天線波束可以在、中切換。采用機械方式實現波束調控，所設計的天線結構簡單且不需要任何偏置網絡，但機械方式較難快速而又準確地對波束實時進行調控。電子技術在提供快速切換和可重構性方面非常有效。2022年，悉尼大學Huang等人[14]設計了加載PIN二極管的可重構PRS，通過調節PRS上每列單元中二極管參數，獲得了7種工作模式，天線波束在仰角平面上分別偏轉0°、、。2022年，Zhang等人[15]提出了一種具有可重構散射波束的高增益F-P諧振腔天線。該天線利用加載在有源超表面上的變容二極管，實現了可調諧的散射波束。通過控制二極管電容，天線散射波束重構的角度域為-40°~40°。所設計的天線具有良好的動態散射特性和輻射性能，在雷達探測領域具有廣闊的應用前景。
本文利用電子技術設計了一種新型波束可重構F-P諧振腔天線。首先設計了一種花瓣型單元結構，在單元中引入PIN二極管進行電子調諧，單元具有兩種不同反射相位狀態。其次，以該單元組成6×6陣列設計可重構PRS，將PRS結構劃分為兩個區域。通過控制兩個區域內PIN二極管的開/關(ON/OFF)狀態以改變口徑面的相位分布，從而對波束進行調節。
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作者信息：
張海燕，石喜玲，高麗珍，趙俊梅
（中北大學 電氣與控制工程學院，山西 太原 030051）
