基于磁电偶极子的透射阵和反射阵天线

基于磁电偶极子的透射阵和反射阵天线

导读

随着工作频率的上移，无线通信系统可以获得大带宽、高速率和低时延的优点，但也会造成电波传播的路径损耗增大。高增益天线虽然能弥补这一问题，但高增益会带来窄波束、覆盖范围小的问题。因此，具有波束赋形特性的高增益天线才能具有较好的应用前景。

透射阵和反射阵是基于空间馈电的天线阵列，通过调制阵面上每个单元的幅度和相位响应，实现波束赋形。相比于传统相控阵，透射阵和反射阵具有结构简单和低成本的优势；而相比于传统透镜和反射面天线，其又具有较高的设计灵活度。因此，透射阵和反射阵在后5G和6G无线通信系统中具有巨大的应用潜力。但由于色散效应和单元带宽的限制，传统透射阵和反射阵的工作带宽通常较窄。

磁电偶极子天线是一种互补天线，能够将磁偶极子和电偶极子同时在相近频率激励，从而扩展天线的工作带宽。此外，磁电偶极子天线还具有结构简单、增益平稳和后瓣低等特点，因而被广泛应用在基站天线、封装天线以及相控阵天线中。近几年，磁电偶极子的结构逐渐被应用在透射阵和反射阵的设计上，以提升传统透射阵和反射阵的技术指标。

在这篇综述中，我们首先简单介绍磁电偶极子天线的基本结构和工作原理，然后讲解了透射阵和反射阵的设计方法。紧接着，我们回顾了基于磁电偶极子结构的透射阵和反射阵的设计。在固定波束的无源设计中，我们着重介绍了分别基于时延线相位补偿和几何相位补偿的两个宽带高增益设计；在波束赋形的有源设计中，我们着重介绍了基于1-bit 相位补偿的透射阵和反射阵设计，希望能够为透射阵和反射阵的设计者提供借鉴思路。

图1：RA and Antennas based on ME dipole

总结与展望

磁电偶极天线结构能够有效提升传统透射阵和反射阵的技术指标。目前，研究者们已经设计出多种基于磁电偶极子的透射阵和反射阵天线，取得了令人鼓舞的成果，但仍存一些需要解决以及改进的问题。首先，这些设计仍然存在剖面较高的问题。尽管折叠式的设计可以降低天线剖面，但与平面天线阵相比，仍有较大差距；其次，有源设计的相位精度需要进一步提高，以实现高口径效率、低副瓣和大扫描角度等特性；第三，需要提出能够集成多种功能于一体的设计，能够更好地满足日常应用要求；第四，有必要进行在太赫兹频率下的波束赋形方案的研究与设计；最后，如果能够引入机器学习等方法，将有望降低设计复杂度，缩短设计时间。