Ka频段超宽带双圆极化低剖面相控阵天线

随着近年低轨卫星星座的兴起，相控阵天线受到广泛关注。在此背景下本文设计了一种工作于Ka频段的相控阵天线，其阵元采用微带天线的形式。与传统超宽带阵元多采用振子天线的方法相比，本设计采用常见的微带天线，具有加工简单、低剖面易集成、双极化等显著优点。通过测试可知：该天线驻波小于2的带宽为43%，辐射效率大于85%的带宽为43%，具有较好的阻抗特性和辐射特性，本工作具有一定的创新性和工程实践意义。

相控阵天线由于具有扫描速度快、波束赋形及多波束等特点，在军民领域受到广泛地关注。特别是近年来低轨卫星通信(LEO)在全球范围的兴起， 相控阵天线在该领域的应用受到人们的重视。

相比传统的静地轨道卫星通信系统，低轨系统在技术上有其优势：一般工作在Ka 等高频段，可进行大容量、高通量的宽带通信，具有传输延时短、传输损耗小、卫星移动速度快、整星座通信容量高、系统可靠性高等特点[1]。并在全球天基网络、卫星物联网链接、偏远区域网络通信等领域有广阔的应用前景。下表1 是各国推出的低轨星座卫星通信系统。

基于以上背景， 相控阵天线终端受到学术界和工业界越来越多的关注， 尤其是对低成本、高集成度、低剖面及极化复用等技术提出新的需求。

Table 1. LEO satellite constellation plans 表1. 各国低轨星座计划 星座名称 公司 频率 国家 第一代铱星 摩托罗拉 KaL 美国 Iridium Next 铱星公司 KaL 美国 Starlink SpaceX KaKu 美国 Oneweb Oneweb KaKu 英国 Telesat Telesat Ka 加拿大 鸿雁 航天科技 KaVL 中国 虹云 航天科工 KaVLSC 中国 国内外对相控阵天线技术已经展开了很多工作，包括了对系统的研究、单元天线的研究、有源器件及工艺生产等研究。文献[2]对毫米波有源相控阵天线技术的特点、应用场合、技术发展趋势及技术难点做了系统性的论述。文献[3]提出了一种高集成度有源相控阵天线，阵列天线和集成电路分别装配于多层微波电路板两侧，该方法避免了大量连接器的使用。但是作为辐射单元采用了金属结构件，这样将带来生产成本和重量的增加。有学者也开展了天线单元的宽带化工作[4] [5] [6]，文献[4]通过临近耦合和在贴片表面加微扰结构的方式实现了天线的宽带化，带宽达63.5%，高度41 mm，工作方式为圆极化。文献[5]中通过使用多模滤波器概念的方法将L 形枝节加载于对称振子上， 使带宽达到25.6%的， 高度36 mm， 工作方式为双线极化。这几种方式都采用了振子作为单元，使得天线高度较高不利于在对剖面高度有要