文献综述
引言
随着社会发展,无线技术的应用场景越来越复杂,要求也越来越高。微波频段的频谱资源日渐枯竭,毫米波频段因为具有大信息容量,相对于红外、激光其可传播距离较长,而且具有非电离性,对人体影响较小等特点,可应用于多种场景,逐渐成为了人们研究的热点。自从20世纪70年代以来,微带天线理论及加工工艺得到了极大的发展。微带天线由于其一系列优点而在雷达、卫星通信、移动通信等领域得到广泛的应用。
1.项目背景和意义
随着 Maxwell 在宏观意义上描述了电磁现象并建立了电磁理论基础后,电磁理论与微波技术在工程领域应用迅猛发展,时至今日,电磁波在工业、农业、国防工业及民用日常等无线通信技术方面都作为信息载体得到了广泛的应用。天线是在无线通信系统中进行发射和接收电磁波的核心,且伴随着毫米波雷达天线在军事装备和通信产业的需求日益增大,小型化、低剖面、高集成度以及高增益的高性能天线已经成为目前应用天线的必然要求。
对比于其它类型天线,微带天线具有尺寸小、结构形式自由、低剖面、便于集成加工且成本低廉等一系列优点[1,2,3],得到诸多学者的广泛认可与研究重视。虽然在很多领域单元天线就能独立的接收和发射电磁波,但单元天线的增益较低、阻抗带宽较窄、高定向性不足以及具有较大的传输损耗和介质损耗,可能会激励表面波,导致天线整体辐射效率不高。因此,为了充分发挥微带天线的优势,各国研究者共同努力,通过将微带天线单元扩阵、调节阵列布阵方式、阵元间距、各阵元激励幅度和相位等多种技术来调节改善天线的增益、方向性、带宽以及副瓣电平等一系列性能参数来克服微带天线缺点从而改善微带天线性能,满足各个应用场景的需求指标。目前微带阵列天线在雷达通信、无线卫星通信、遥感测量和导弹制导等多种场景被广泛运用。
随着无线通信特别是在已经到来的5G 时代的深入研究和应用发展,低端频率的频谱资源拥挤,即使采用扩大信道频谱容量技术,也不能满足将来无线通信的应用需要。为了获得高速、高效率和宽频带的无线通信系统,必须向高端频率扩展新的频谱资源,因此,毫米波频段成为开发与应用热点。毫米波的工作频率范围为 30GHz~300GHz,该频段具有以下特点[4,5]:
(1) 相较于微波频段,频率更高、频带更宽、信息容量大且频谱资源丰富,从而可以提供互不干扰的通道并且抑制多径效应的产生;
(2) 该频段波长短,易于获得高增益、高分辨率、高抗干扰能力以及小型化的天线产品,且由于天线产品体积小,便于利用微波集成电路与系统集成;
(3) 与红外、激光相比,该毫米波频段在空气中传播受烟、雾影响较小、大气穿透能力强、损耗小以及可进行全天候工作。
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