钱学森学院本科生在《IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques》发表宽角扫描多波束天线研究新进展

2024-06-07来源:钱学森学院作者:耿淳 连继伟审核人:顾文华编辑:李英阅读:292

近日,微电子学院连继伟副教授和丁大志教授指导的本科生在宽角扫描多波束天线研究取得重要研究进展,相关研究成果以“Millimeter-wave three-layer substrate-integrated 9 × 9 Butler matrix and its application to wide-angle endfire multibeam metasurface antenna”为题,发表在微波领域的国际顶级期刊IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques(SCI一区TOP期刊)上。南京理工大学为该项工作的第一完成单位和通讯单位,钱学森学院本科生耿淳为论文第一作者,连继伟副教授为通讯作者。这是钱学森学院、微电子学院首次以本科生为第一作者在此顶级期刊上发表论文。

文章链接:https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/10453405

为进一步提高信道容量和频谱利用率,工作在毫米波频率的多波束天线系统作为5G通信中的一项重要技术受到了广泛关注和研究。具有宽角扫描特性的多波束天线可以提供更广的覆盖面积,并且具有显著的灵活性和稳定性。近年来,宽角扫描多波束天线的设计受到越来越多的关注。

文章提出了一种利用三层基片集成波导9×9巴特勒矩阵和超表面天线阵列实现宽角扫描特性的多波束天线。文章详细推导了9×9巴特勒矩阵的工作原理和设计过程,以确定拓扑结构和移相器数值。根据预设相位差和振幅分布,提出了一种9×9巴特勒矩阵三层拓扑结构,有效减少占用面积并提高紧凑性。

文章在传统Vivaldi天线的基础上,提出了一种新型端射超表面天线,该天线可以实现72%的10dB阻抗匹配带宽,在28GHz处实现128°的半功率波束宽度。

通过将三层基片集成波导9×9巴特勒矩阵与端射超表面天线阵列集成,最终实现宽角扫描端射多波束超表面天线设计,其半功率波束宽度覆盖范围可以达到±113°,最大增益为12.1dBi。

在设计的9×9巴特勒矩阵的基础上,提出了扩展的单层18×18巴特勒矩阵拓扑结构,并采用多层方案论证了实现该高阶巴特勒矩阵的可能性。

该工作得到了本科生国家级科研训练和国家自然科学基金的支持。