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摘要

基于射线跟踪模型, 提出了一种超材料角反射面结构, 实现了Fabry-Perot天线增益和口径效率的提升. 首先对基于超材料角反射面的Fabry-Perot天线进行了理论推导和分析. 然后, 设计并分析了双圆极化馈源、基于超材料角反射面的Fabry-Perot天线及其性能. 最后, 对所提出的Fabry-Perot天线模型进行了制造和测试. 结果表明, 该天线的左圆极化增益和右圆极化增益分别为21.4 dBi和21.3 dBi. 相比馈源天线, 增益分别提高了16.4 dB和16.3 dB. 与传统Fabry-Perot天线相比, 所提出超材料角反射面同时充当了反射面和相位校正面, 实现了对Fabry-Perot天线边缘电磁波的有效调控. 所设计Fabry-Perot天线工作在2.8 GHz频段, 具有高增益、高口径效率和低旁瓣的优点, 满足了太阳射电望远镜F107指数观测的需求.

关键词:

Abstract

Based on the ray-tracing model, a new method of achieving a high gain and high aperture efficiency Fabry-Perot antenna with metamaterial-based corner reflector is proposed. The proposed Fabry-Perot antenna is composed of a dual circularly polarized patch antenna feed and the metamaterial-based corner reflector. The metamaterial-based corner reflector consists of four phase correction metasurfaces and a partially reflective surface. First, theory and analysis of the Fabry-Perot antenna with metamaterial-based corner reflector are presented. Then, the performances of the dual circularly polarized antenna feed, the traditional Fabry-Perot antenna, and the Fabry-Perot antenna with metamaterial-based corner reflector are compared among each other and analyzed. Finally, the proposed Fabry-Perot antenna is fabricated and measured. The measured left-hand circular polarization (LHCP) gain and the measured right-hand circular polarization (RHCP) gain of the proposed Fabry-Perot antenna are 21.4 dBi and 21.3 dBi, respectively. Comparing with the antenna feed, the LHCP gain and RHCP gain of the proposed Fabry-Perot antenna are enhanced by 16.4 dB and 16.3 dB, respectively. Compared with the traditional Fabry-Perot antenna, the metamaterial-based corner reflector acts as both a reflection surface and a phase correction surface. It manipulates the propagation direction and phase of electromagnetic wave. The proposed Fabry-Perot antenna with high gain, high aperture efficiency and low sidelobe at 2.8 GHz paves the way for developing the solar radio telescope and conducting the observation.

Keywords:

作者及机构信息

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3.

通信作者:刘海文,haiwen_liu@hotmail.com

基金项目:国家自然科学基金(批准号: 11941003)、国家自然科学基金重点项目(批准号: U1831201)、国家自然科学基金联合基金(批准号: U2031133)、国家重点研发计划(批准号: 2017YFE0128200)和云南省应用基础研究计划(批准号: 2019FB009)资助的课题

Authors and contacts

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Corresponding author:Liu Hai-Wen,haiwen_liu@hotmail.com

Funds:Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grants No. 11941003), the Key Program of the National Natural Science Foundation of China (Grant No. U1831201), the Joint Funds of the National Natural Science Foundation of China (Grant No. U2031133), the National Key Research and Development Program (Grant No. 2017YFE0128200), and the Applied Basic Research Program of Yunnan Province, China (Grant No. 2019FB009).

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文献	极化	馈源	增益/dBi	口径效率	旁瓣/dB	天线尺寸
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[23]	圆极化	槽天线	20.0	24.7%	–10	π(3.2λ₀)²× 1.02λ₀
[24]	圆极化	贴片天线	19.1	13.7%	–20	6.8λ₀× 6.8λ₀× 0.5λ₀
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