杨浩正在Sensors上发表太赫兹高增益扫描透镜天线研究成果

发布时间：2023-06-22 点击次数：

团队博士生杨浩正在学长冯鹏雨、肖林两位博士前期工作的基础上，对高增益透镜天线的扫描方案进行了改进，通过对波束形成算法的改进，提出了一款基于相控阵馈源的150–170 GHz高增益扫描透镜天线。相关成果以“High-Gain Millimeter-Wave Beam Scanning Transmitarray Antenna”为题，在《Sensors》上发表。

高增益和波束扫描天线在毫米波通信系统等应用场景中发挥着关键作用，透镜天线构成了高增益天线的一个解决方案，近年来吸引了越来越多的研究兴趣。在高于100GHz的频段，已有的高增益天线报道相对较少、天线类型相对单一，且缺乏对波束扫描方法的研究。传统相控阵天线通过调整各个单元的激励系数，来实现波束扫描，实现高增益波束扫描的代价巨大。冯鹏雨博士利用平面透镜的聚焦效应，将需要大量采样点的电大辐射口径转化为一个较小规模的取样面，然后利用阵列对该取样面上的电磁场分布进行取样，从而大大减少了所需通道的数量，实现了低成本、高增益的波束扫描能力。然而，对于阵列馈电方式，电大尺寸聚焦系统的远场是二次散射场的矢量叠加，而不是阵列馈电的一次辐射场的直接简单相加，所以馈电阵列的激励系数的确定是比较复杂的。

在冯鹏雨博士、肖林博士的研究基础上，杨浩正博士在聚焦透镜阵列口径内添加散焦相位，在维持高增益波束的前提下，对波束形成算法进行了改进，实现阵列馈源与透镜阵元排布的协同优化。实验表明，利用该算法设计的高增益扫描透镜天线样机（见图1），在中心频率160GHz处实现了37.95 dBi的法向增益，同时只需要16单元馈电阵列即可实现±4°的波束扫描功能（见图2）。对样机的试验研究表明，仿真与测试结果的误差保持在合理范围内（见图3）。本工作所提出的高增益扫描透镜天线有助于进一步拓展太赫兹波段的实际工程应用。

图1 高增益扫描透镜天线样机照片

图2 160 GHz扫描波束仿真结果

（a）

（b）

图3 （a）150–170 GHz频段的仿真与测试增益对比；（b）160 GHz扫描面方向图。

  论文链接：https://www.mdpi.com/1424-8220/23/10/4709