2013(1) 李明:新型天线技术研究进展 电磁干扰和电磁兼容问题;舰船雷达截面积增加,使隐 身问题日益突出。单纯追求各种分系统的功能最佳只 会顾此失彼。为此,不少国家争相开展以提高舰船整 个平台性能为主要目标的舰船上部结构集成化研究 异向介质 宽波段、多功能天线集成技术作为上部结构集成化的 关键技术之一,也得到研究和应用。 先进封闭式桅杆/传感器系统(AEM/S)是美国海 图6异向介质实现定向天线原理图 军舰艇集成化结构设计的重点之一,其主要解决高频 6超材料透镜天线 话音和数据传输天线及雷达封装等问题。美国海军已 成功研制AEM/S,并在“雷得福”号(DD968)驱逐舰上 近年国内外相关研究表明,超材料已在天线制作 进行了海试。AEM/S将替代已使用了100多年的传上显示出巨大优势。 Abdelwaheb Ourir和 Sun yong 统桅杆。这种全复合、白撑式外壳桅杆作为雷达和通i等人研究基于超材料的波束扫描天线.Yang 信天线设备的一个组成部分,可提高系统的性能和减 Jingjing等人采用零折射率的超材料设计了多波束天 少维护成本,并发挥舰艇的最大能力。“圣,安东尼线,获得了高增益特性2.赵晓鹏团队将超材料应用 奥”号是首艘安装两部AEM/S的两栖船坞运输舰在微带天线中,提高了天线的定向性和增益1。东南 (LPD7)。其优点是,将传统布局散落于舰体各处的大学崔铁军团队将超材料应用于传统天线如 Vivaldi 探测器、天线集中起来既降低了雷达反射截面积,又天线等1,显著提高了天线的增益,压缩了波束宽度。 能较好地解决电磁兼容问题。 同时,这种在F4板(环氧板)上通过打孔构造的超材 料,具有宽带工作特性,因此可以制作宽带天线,具有 5异向介质天线 工程应用价值 由于呈现出不同寻常的电磁特性,异向介质在天7结束语 线领域有着广泛的应用前景。 Pendry在2000年就提 液体天线、铁电材料天线、薄膜天线、异向介质天 出可以用异向介质平板实现“完美透镜”,分辨率可以 线和超材料透镜天线的初步应用,已显示出新型天线 达到小于一个波长的精度0。异向介质平板的会聚 小体积和高增益的优点及其广泛的军事应用价值。目 特性,还可以起到天线搬移的功能。异向介质平板成 前,这些新型天线已成为天线领域的研究热点。 像原理如图5所示。 参考文献: AIHo 2-y0 H=0 [1 Paraschakis E, Fayad H, Record P Ionic liquid antenna antenna technology: small antennas and novel metamateri- als[R]. IWAT, Italy, 20( [2] Fayad H, Record P. Broadband liquid antenna[J].Elec Lett.,2006,12(1):342. [3] Weil C, Luessem G, Jakoby R. Tunable inverted-mi- 图5异向介质平板成像原理示意图 crostrip phase shifter device using nematic liquid crystals 由图5可见,A为实际天线,经过异向介质平板, [R]. IEEE MTT-S Int. Microwave Symp., 2002. 在B处成像,从而相当于天线在B处辐射一样,在军[4] Noha M, Laurent P, Christian P,etal. Patch antenna 事中可以起到隐蔽天线A的作用。 justable in frequency using liquid crystal[R]. Micro- wave Conference, 33rd European, 2003 利用异向介质在某个频段内折射率接近于0的特5LL, agley ri. Liquid crystal tunable microstrip patch 性,可以用它来制造天线,其原理图如图6所示。 antenna[j]. Electronics Lett., 2008, 19(2): 67-7 发射源位于异向介质(n≈0)平板中,根据 Snell[6 Feria LA,KimY. Voltage and frequency dependent die- 定律,波束透射到真空中时发生折射,折射角接近于 lectric properties of BST-0 5 thin films on alumina sub- 0,基本上沿着近轴方向(z轴)辐射,由此实现的天线 strates [J]. IEEE Microwave and Wireless Component 具有很强的定向辐射能力 Let.,2003,13(6):56-61 (下转第44页 万方数据2013(1) 李 明：新型天线技术研究进展 41 电磁干扰和电磁兼容问题；舰船雷达截面积增加，使隐 身问题日益突出。单纯追求各种分系统的功能最佳只 会顾此失彼。为此，不少国家争相开展以提高舰船整 个平台性能为主要目标的舰船上部结构集成化研究。 宽波段、多功能天线集成技术作为上部结构集成化的 关键技术之一，也得到研究和应用。 先进封闭式桅杆／传感器系统(AEM／S)是美国海 军舰艇集成化结构设计的重点之一，其主要解决高频 话音和数据传输天线及雷达封装等问题。美国海军已 成功研制AEM／S，并在“雷得福”号(DD968)驱逐舰上 进行了海试。AEM／S将替代已使用了100多年的传 统桅杆。这种全复合、白撑式外壳桅杆作为雷达和通 信天线设备的一个组成部分，可提高系统的性能和减 少维护成本，并发挥舰艇的最大能力。“圣·安东尼 奥”号是首艘安装两部AEM／S的两栖船坞运输舰 (LPDl7)。其优点是，将传统布局散落于舰体各处的 探测器、天线集中起来，既降低了雷达反射截面积，又 能较好地解决电磁兼容问题。 5异向介质天线 由于呈现出不同寻常的电磁特性，异向介质在天 线领域有着广泛的应用前景。Pendry在2000年就提 出可以用异向介质平板实现“完美透镜”，分辨率可以 达到小于一个波长的精度[1 0。。异向介质平板的会聚 特性，还可以起到天线搬移的功能。异向介质平板成 像原理如图5所示。 p12讪 、 旬=。岛／ ／ ＼pI叩o ＼毋嘞 7＼／ ＼ 、I B J ‘＼， L铃． ．名。 图5 并向介质平板成像原理示意图 由图5可见，A为实际天线，经过异向介质平板， 在B处成像，从而相当于天线在B处辐射一样，在军 事中可以起到隐蔽天线A的作用。 利用异向介质在某个频段内折射率接近于0的特 性，可以用它来制造天线，其原理图如图6所示。 发射源位于异向介质(n～--O)平板中，根据Snell 定律，波束透射到真空中时发生折射，折射角接近于 0，基本上沿着近轴方向(z轴)辐射，由此实现的天线 具有很强的定向辐射能力。 真空 图6异向介质实现定向天线原理图 6超材料透镜天线 近年国内外相关研究表明，超材料已在天线制作 上显示出巨大优势。Abdelwaheb Ourir和Sun Yong— zhi等人研究基于超材料的波束扫描天线[11I。Yang Jingjing等人采用零折射率的超材料设计了多波束天 线，获得了高增益特性n21。赵晓鹏团队将超材料应用 在微带天线中，提高了天线的定向性和增益口3|。东南 大学崔铁军团队将超材料应用于传统天线，如Vivaldi 天线等口4|，显著提高了天线的增益，压缩了波束宽度。 同时，这种在F4板(环氧板)上通过打孔构造的超材 料，具有宽带工作特性，因此可以制作宽带天线，具有 工程应用价值。 7 结束语 液体天线、铁电材料天线、薄膜天线、异向介质天 线和超材料透镜天线的初步应用，已显示出新型天线 小体积和高增益的优点及其广泛的军事应用价值。目 前，这些新型天线已成为天线领域的研究热点。■ 参考文献： Eli Paraschakis E，Fayad H，Record P．Ionic liquid antenna， antenna technology：small antennas and novel metamateri— als[-R]．IWAT，Italy，2005． [2]Fayad H，Record P．Broadband liquid antenna[J]．Elec— tronics Lett．，2006，12(1)：342． [3] Well C，Luessem G，Jakoby R．Tunable inverted—mi— erostrip phase shifter device using nematic liquid crystals l-R]．IEEE MTT—S Int．Microwave Symp．，2002． [4] Noham M，Laurent P，Christian P，et a1．Patch antenna adjustable in frequency using liquid crystal[R]．Micro— wave Conference，33rd European，2003． [5]Liu L，Langley RJ．Liquid crystal tunable microstrip patch antenna[J]．Electronics Lett．，2008，19(2)：67—71． [6] Feria LA，Kim Y．Voltage and frequency dependent die— lectric properties of BST-0．5 thin films on alumina sub— strates[J]．IEEE Microwave and Wireless Components Lett．，2003，13(6)：56—61． (下转第44页) 万方数据