《表1 八角环天线阵元参数》

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《一种应用于平方公里中频阵的八角环天线阵》

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由于MFAA验证系统的阵列规模较大（≥20λ×20λ），可采用基于Floquet模无限周期边界条件的单位元胞方法设计天线阵元[4]。图2所示为双极化ORA阵元的尺寸示意图，为了避免阵列天线宽角扫描时出现由周期结构激励起的表面波，选取天线阵元间距D<λH/2，其中λH为最高频率在自由空间中的波长。图2（a）为单元仿真模型，天线单元四周设置为主从边界，采用集总端口在两个相互垂直的方向上对天线阵元馈电，实现阵列天线的双极化性能。八角环型超材料覆层加载在天线辐射口径面上，用于补偿波束扫描引起的阻抗失配[7-16]，与采用多层介质板提升天线扫描状态下驻波稳定性的传统方法相比，单层超材料覆层具有低剖面、成本低等优势。此外，由于介质板的介质损耗与其厚度成正比，因而单层超材料覆层将引入更小的系统噪声，这对于SKA这种大型接收天线系统而言是十分有益的。八角环辐射单元通过交指型电容连接，用于补偿地板引入的感抗，如图2（b）所示。超材料覆层上粘附的八角环尺寸是由辐射环按比例缩小得到的，缩小比例S=0.9，如图2（c）所示。图2（d）为所加载交指型电容的尺寸示意图。天线地板与辐射单元之间以及辐射单元与超材料覆层贴片之间均使用发泡聚苯乙烯（Expanded Polystyrene Foam，EPS）介质板填充，起到支撑和固定的作用，介质板相对介电常数为2.6。为了得到最佳的天线性能，对各天线参数进行了综合优化，最终优化得到的阵元详细尺寸见表1所列。