石婷 唐明春 武震天 周博雅 李梅

(重慶大學(xué)通信工程學(xué)院,重慶 400044)

引 言

隨著現(xiàn)代移動(dòng)通信的飛速發(fā)展,人們對天線的小型化、高性能、保密性和抗干擾能力提出了更高的要求. 要求天線在具有小型化結(jié)構(gòu)的同時(shí),還要具有良好的定向輻射特性. 常用的定向天線,如八木和準(zhǔn)八木天線[1-2],因其工作原理限制而具有較高的剖面,而且尺寸較大. 又比如基于電磁偶極子設(shè)計(jì)的定向天線[3],同樣因其特定的工作方式而具有較大的電尺寸,而且該類天線需要地板. 在某些特定的應(yīng)用環(huán)境中,比如緊促空間和便攜設(shè)備中,就更需要天線在具有高定向性的同時(shí)還具有小型化、輕質(zhì)量、低剖面等優(yōu)點(diǎn).

惠更斯源天線以其與生俱來的高方向性而備受關(guān)注. 目前已有的惠更斯源電小天線(electrically small antenna, ESA)的文獻(xiàn)中,大部分是利用雙饋源結(jié)構(gòu)獨(dú)立激勵(lì)電諧振器和磁諧振器設(shè)計(jì)而成[4]. 文獻(xiàn)[5]利用近場寄生耦合原理設(shè)計(jì)了平面型惠更斯源 ESA,然而,因其復(fù)雜的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)而難以得到工程實(shí)現(xiàn). 文獻(xiàn)[6]完成了3D立體結(jié)構(gòu)的惠更斯源 ESA的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證. 基于此,本文介紹了一系列電小尺寸級(jí)別(ka<1)的惠更斯源天線設(shè)計(jì). 該系列天線具有小型化、輕質(zhì)量、高方向性、寬波束、低剖面等優(yōu)點(diǎn)[7-10]. 具體的,利用多層印刷電路板(printed circuit board, PCB)技術(shù)實(shí)現(xiàn)線極化和圓極化的平面惠更斯源 ESA設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了惠更斯源 ESA從立體結(jié)構(gòu)到平面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過渡[7];提出了惠更斯源 ESA的雙線極化設(shè)計(jì)方案[8];利用開關(guān)二極管實(shí)現(xiàn)了惠更斯源 ESA的端射特性,并且能實(shí)現(xiàn)水平360°波束掃描覆蓋[9];針對無源 ESA均存在的帶寬設(shè)計(jì)上限,利用non-Foster有源技術(shù)實(shí)現(xiàn)了惠更斯源 ESA的阻抗帶寬近十倍擴(kuò)展[10]. 本文將簡要介紹這一系列天線的設(shè)計(jì)思路和工作原理.

1 基本原理簡介

理想情況下,惠更斯源天線的電諧振器和磁諧振器的激勵(lì)幅度和相位必須相等. 考慮到實(shí)際的設(shè)計(jì)因素,無法實(shí)現(xiàn)理想情況下的完全重合,所以,應(yīng)當(dāng)盡可能地使電諧振器和磁諧振器的激勵(lì)幅度和相位彼此接近,以提高惠更斯源天線的輻射性能. 文中所有諧振器均為偶極子工作模式,并且采用近場寄生耦合的激勵(lì)方式設(shè)計(jì). 圖1[3, 6]為理想情況下,惠更斯源天線的方向圖形成原理. 電偶極子和磁偶極子垂直放置,惠更斯源天線的輻射主方向垂直于電偶極子和磁偶極子的零陷方向,并符合右手螺旋定則. 理想的惠更斯源天線主瓣的半功率波束寬度能達(dá)到約136°,無后瓣,具有十分優(yōu)異的定向性.

圖1 惠更斯源天線的合成示意圖Fig.1 Orthogonal design concepts of a Huygens source antenna

2 28 GHz平面多層惠更斯源 ESA

作為新興熱點(diǎn),5G通信及其相關(guān)器件的研究設(shè)計(jì)正如火如荼地展開. 28 GHz是目前5G通信的主要候選頻段之一. 一方面,目前已報(bào)道的 ESA工作頻段主要集中在UHF(300 MHz～3 GHz)頻段[4-6,8-10],在SHF(3 GHz～30 GHz)頻段的 ESA及其工作特性的研究報(bào)道較少;另一方面,未來5G通信對平面易集成器件的高度需求. 基于此,文中介紹了兩款工作在28 GHz的平面多層惠更斯源 ESA[7],一款為線極化天線,另一款為圓極化天線. 兩款天線均利用HFSS建模優(yōu)化完成,再利用CST進(jìn)行仿真驗(yàn)證.

如圖2所示,線極化惠更斯源 ESA采用近場寄生耦合諧振的工作方式. 磁偶極子利用兩層基板共同實(shí)現(xiàn),電偶極子位于第二層基板的上表面. 其仿真和測試的|S11|以及實(shí)際增益和前后比(front-to-back ratio, FTBR)曲線如圖3所示. 對于仿真結(jié)果而言,該天線ka=0.96,10 dB阻抗帶寬為2.15%,通帶內(nèi)實(shí)際增益變化范圍為3.06～3.936 dBi,前后比范圍為7.1～33.92 dB,輻射效率均超過81%. 天線的仿真和測試歸一化方向圖如圖4所示,其仿真和測試方向圖的波瓣寬度存在不一致,主要原因包括兩方面:1)暗室測試中,測試線上的不平衡表面電流會(huì)對無地板結(jié)構(gòu)的偶極子天線方向圖產(chǎn)生不良影響,通常需要在天線后端加載巴倫來抵消測試同軸線對天線的影響[6, 8-9],但是該28 GHz天線截面尺寸很小(2 mm×2.4 mm),不易制作相應(yīng)的巴倫結(jié)構(gòu). 因而,受測試同軸線上的不平衡表面電流影響,一方面天線的E面方向圖發(fā)生傾斜,另一方面天線的方向圖呈波紋狀不均勻且半功率波束寬度一定程度上變窄;2)天線安裝過程中,電偶極子相對于磁偶極子的上下高度對二者的激勵(lì)強(qiáng)度和相位中心都具有較大的影響,而安裝過程中采用的粘合劑等會(huì)對二者的相對位置以及天線的整體高度產(chǎn)生影響,從而影響天線的整體性能.

圖2 線極化惠更斯源 ESA結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Structure schematic of linear-polarized Huygens source ESA

(a) |S11|隨頻率的變化曲線(a) |S11| values versus frequency

(b) 實(shí)際增益和前后比隨頻率的變化曲線(b) Peak realized gain and FTBR values versus frequency圖3 線極化惠更斯源 ESA性能Fig.3 Performance characteristics of the linear-polarized Huygens source ESA

(a) 27.66 (27.44) GHz

(b) 27.835 (27.9) GHz

(c) 28.26 (28.1) GHz圖4 線極化惠更斯源 ESA的仿真(測試)實(shí)際增益方向圖Fig.4 Simulated (measured) 2D realized gain patterns of the linear-polarized Huygens source ESA

如圖5所示,在線極化惠更斯源 ESA的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上,改進(jìn)電偶極子、磁偶極子以及饋線結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)圓極化惠更斯源 ESA的設(shè)計(jì). 對于仿真結(jié)果而言,該天線ka=0.942,其|S11|、軸比、實(shí)際增益和前后比曲線分別如圖6所示. 3 dB軸比帶寬為0.46%,軸比通帶內(nèi),最大實(shí)際增益為3.06 dBi,前后比均大于20 dB, 輻射效率均高于73%. 在軸比最低點(diǎn)28.105 GHz處的實(shí)際增益方向圖如圖7所示.

圖5 圓極化惠更斯源 ESA結(jié)構(gòu)示意圖Fig.5 Structure schematic of circular-polarized Huygens source ESA

(a) |S11|和軸比對比圖(a) |S11| and axis ratio values versus frequency

(b) 實(shí)際增益和前后比對比圖(b) Peak realized gain and FTBR values versus frequency圖6 圓極化惠更斯源 ESAFig.6 Performance characteristics of the circular-polarized Huygens source ESA

圖7 圓極化惠更斯源 ESA在28.105 GHz處的仿真實(shí)際增益方向圖Fig.7 Simulated realized gain patterns of the circular-polarized Huygens source ESA at 28.105 GHz

3 雙線極化惠更斯源 ESA

近年來,在雷達(dá)、定位以及通信系統(tǒng)等領(lǐng)域,雙極化技術(shù)已逐步成為研究熱點(diǎn),雙極化天線能夠有效提高頻譜效率和緩解發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的極化失配,解決多徑衰落問題. 同時(shí),雙極化天線也可替代兩個(gè)不同極化的天線單元,減少天線數(shù)量,降低天線成本[11]. 目前,文獻(xiàn)中報(bào)道了很多高方向性天線的雙極化設(shè)計(jì)方法,如,利用孔徑耦合饋電[12],探針饋電[13-15],差分饋電[16],180°反向饋電網(wǎng)絡(luò)[17]等實(shí)現(xiàn)雙極化的高隔離設(shè)計(jì). 在這些高方向天線設(shè)計(jì)中,基本都會(huì)采用較大的地板,如,文獻(xiàn)[12-14]利用較大的反射板進(jìn)一步提高天線的方向性,文獻(xiàn)[14-16]中的電磁偶極子天線需要地板結(jié)構(gòu)來構(gòu)造四分之一波長的短路貼片天線,文獻(xiàn)[17]需要大的介質(zhì)基板實(shí)現(xiàn)匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì). 這些天線在具有寬通帶、高前后比和高隔離的同時(shí)也具有較大的體積和重量. 考慮到某些特定應(yīng)用需求,如在便攜設(shè)備中的應(yīng)用等,本節(jié)介紹了一款不需要地板結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)量、低剖面、高方向性的雙線極化惠更斯源 ESA.

如圖8所示,該天線采用近場寄生耦合諧振的工作方式,饋電結(jié)構(gòu)利用最后兩層基板實(shí)現(xiàn),為90°旋轉(zhuǎn)對稱的結(jié)構(gòu). 其仿真和測試的|S11|以及諧振點(diǎn)處的3D方向圖如圖9所示. 對于測試結(jié)果而言,該天線ka=0.904,剖面高度為0.0483λ0,仿真(測試)結(jié)果表明,兩個(gè)端口的諧振點(diǎn)均為1.518 GHz (1.515 GHz),阻抗帶寬為9 MHz (7 MHz),通帶內(nèi)的隔離度小于-30.6 dB (-25.8 dB). 如圖10所示,當(dāng)端口1激勵(lì)時(shí),在諧振頻點(diǎn)的實(shí)際增益為2.27 dBi (2.03 dBi),前后比為15.7 dB (12.4 dB),效率為61.3%. 當(dāng)端口2激勵(lì)時(shí),在諧振頻點(diǎn)的實(shí)際增益為2.5 dBi (2.15 dBi),前后比為16 dB (12.1 dB),效率為64%. 表1提供了該雙極化天線和文中部分參考文獻(xiàn)中的雙極化天線在帶寬、前后比、隔離度和尺寸方面的對比. 由表1可知,完全不采用地板結(jié)構(gòu)并且保持低剖面設(shè)計(jì)的前提下,該雙極化 ESA依然實(shí)現(xiàn)了較高的隔離度.

(a) 3D圖(a) 3D isometric view

(b) 側(cè)視圖(b) Side view圖8 雙線極化惠更斯源 ESA結(jié)構(gòu)示意圖Fig.8 Structure schematic of dual-linear-polarized Huygens source ESA

圖9 雙線極化惠更斯源 ESA的仿真和測試S參數(shù)以及3D方向圖Fig.9 Simulated and measured S-parameters together with simulated 3D directivity pattern of the dual-linear-polarized Huygens source ESA

(a) 端口1激勵(lì)(a) Only port 1 is excited

(b) 端口2激勵(lì)(b) Only port 2 is excited圖10 雙線極化惠更斯源 ESA的各端口激勵(lì)的仿真(1.518 GHz)和測試(1.515 GHz)歸一化實(shí)際增益方向圖Fig.10 Simulated (1.518 GHz) and measured (1.515 GHz)normalized realized gain patterns for each port of the dual-linear-polarized Huygens source ESA at its resonance frequency

文獻(xiàn)kaFBW/%前后比/dB隔離度/dB長×寬×高/λ03 [13]7.9957.5025>30.01.1λ0×2.3λ0×0.26λ0 [14]3.5548.0029>30.00.8λ0×0.8λ0×0.26λ0 [15]5.1152.0015>35.01.15λ0×1.15λ0×0.25λ0 [16]5.7868.0015>36.01.3λ0×1.3λ0×0.24λ0 本文圖80.900.4612>25.80.29λ0×0.29λ0×0.05λ0

4 方向圖可重構(gòu)惠更斯源 ESA

飛速發(fā)展的無線通信促使天線進(jìn)一步朝著智能化和多功能化發(fā)展. 波束可重構(gòu)天線能實(shí)現(xiàn)天線波束的實(shí)時(shí)可控,可以節(jié)約成本和空間,其動(dòng)態(tài)波束切換有利于飛行器跟蹤,其定向性又可以抑制非來波方向干擾,因而在民用和軍事領(lǐng)域廣為應(yīng)用[18]. 近年來報(bào)道了許多類型的可重構(gòu)天線,如,介電諧振器天線[19]、石墨烯金屬環(huán)形天線[20]、八木天線[21-23]、微帶疊層天線[24]、植入式天線[25]等等. 傳統(tǒng) ESA為弱方向性天線,很難實(shí)現(xiàn)波束可重構(gòu),因而有關(guān)方向圖可重構(gòu)的 ESA報(bào)道極少,并且僅有的報(bào)道多存在波束覆蓋能力有限[26]和工作頻點(diǎn)不穩(wěn)定[27]等問題. 基于此,本文介紹了一款利用高方向性惠更斯源 ESA實(shí)現(xiàn)水平360°波束覆蓋的方向圖可重構(gòu) ESA設(shè)計(jì).

如圖11所示,不同于前三款邊射惠更斯源 ESA,本天線的電偶極子和磁偶極子平行且正交放置于水平面上,為水平面端射天線. 該天線的上層為磁偶極子,下層為兩個(gè)彎曲電偶極子構(gòu)成的可重構(gòu)二元陣. 可重構(gòu)二元陣如圖11(c)所示,它由三條相同長度的彎曲電偶極子和其間的三個(gè)同向放置的開關(guān)二極管(開關(guān)管_1,開關(guān)管_2,開關(guān)管_3)組成. 當(dāng)其中一個(gè)開關(guān)二極管閉合時(shí),例如狀態(tài)A(開關(guān)管_1閉合),則下邊兩條相鄰的電偶極子連通,圖11(c)等效為上邊的一條短的電偶極子和下邊一條長的電偶極子組成的二元陣,根據(jù)二元陣的原理調(diào)整兩者之間距離,可以使二元陣最大波束方向指向X軸. 以此類推,當(dāng)狀態(tài)B(開關(guān)管_2閉合)和狀態(tài)C(開關(guān)管_3閉合)時(shí),二元陣的波束分別指向距X軸120°和240°. 此外,上層磁偶極子在激勵(lì)源的激勵(lì)下產(chǎn)生均勻的全向性輻射方向圖,一方面激勵(lì)了下層的可重構(gòu)二元陣,使之產(chǎn)生可重構(gòu)的二元陣方向圖,同時(shí)也參與了整個(gè)天線方向圖的合成,最終產(chǎn)生了三個(gè)方向的波束可重構(gòu)的方向圖.

(a) 3D圖(a) 3D isometric view

(b) 側(cè)視圖(b) Side view

(c) 可重構(gòu)電偶極子的俯視圖(c) Top view of the reconfigurable electric elements圖11 可重構(gòu)惠更斯源 ESA的結(jié)構(gòu)示意圖Fig.11 Structure schematic of pattern-reconfigurable Huygens source ESA

具體的,天線仿真和測試的結(jié)果如圖12、13所示.以狀態(tài)A的測試結(jié)果為例,天線的諧振頻點(diǎn)為1.562 GHz,峰值增益、前后比和輻射效率分別為3.59 dBi、17.94 dB和85.07%,由于結(jié)構(gòu)對稱,三種模式下的方向圖基本相同,天線ka=0.92,剖面高度為0.05λ0,仿真結(jié)果和測試結(jié)果高度吻合. 如表2所示,將該可重構(gòu)天線與文中部分參考文獻(xiàn)進(jìn)行對比可知,本文介紹的可重構(gòu) ESA在電小結(jié)構(gòu)下,利用較少的開關(guān)數(shù)目實(shí)現(xiàn)了天線在水平面上的360°波束掃描覆蓋. 繼無源線極化、圓極化、雙線極化惠更斯源 ESA設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)后,該天線進(jìn)一步豐富了惠更斯源 ESA的設(shè)計(jì)思想,提升了惠更斯源 ESA的設(shè)計(jì)多功能化.

(a) 狀態(tài)A(a) State A

(b) 狀態(tài)B(b) State B

(c) 狀態(tài)C(c) State C圖12 可重構(gòu)惠更斯源 ESA在1.577 GHz處的三個(gè)可重構(gòu)狀態(tài)下的仿真測試反射系數(shù)和仿真3D輻射方向圖Fig.12 Measured and simulated values of |S11| together with simulated 3D radiation patterns at 1.577 GHz for the reconfigurable Huygens source ESA in all three diode states

(a) 狀態(tài)A(a) State A

(b) 狀態(tài)B(b) State B

(c) 狀態(tài)C(c) State C圖13 可重構(gòu)惠更斯源 ESA在1.577 GHz處的三個(gè)可重構(gòu)狀態(tài)下的仿真和測試實(shí)際增益方向圖Fig.13 Measured and simulated realized gain patterns at 1.577 GHz for the reconfigurable Huygens source ESA in all three diode states

文獻(xiàn)kaFBW/%最大增益/dBi開關(guān)數(shù)目波束覆蓋空間 [18]8.3420.004.705360° [19]4.373.647.278360° [20]1.84～2.701.238360° [21]3.79～1.00-4140° [22]4.5140.005.084360° [23]6.913.407.806～180° [24]4.626.209.941290° [25]0.131.20-17.942191° [26]～0.602.708.502～220° 本文圖110.922.733.593360°

5 Non-Foster寬帶惠更斯源 ESA

根據(jù)Chu limit,電小尺寸設(shè)計(jì)會(huì)增加天線的品質(zhì)因數(shù),從而降低天線的工作帶寬,如前3款介紹的無源惠更斯源 ESA設(shè)計(jì),其相對帶寬均小于3%,鑒于無源 ESA自身無法突破Chu limit的限制,因而,借用有源設(shè)計(jì)思想,利用non-Foster電路實(shí)現(xiàn) ESA帶寬的成倍拓展具有非常重要的科研和工程意義. 基于此,本文介紹了一款基于non-Foster技術(shù)的有源寬帶惠更斯源 ESA.

第一步,以文獻(xiàn)[6]中的無源惠更斯源 ESA為參考,在電偶極子和磁偶極子的中間部位挖槽,嵌入代表電阻和電容的串聯(lián)集總參數(shù)片,設(shè)置磁偶極子上的電阻值RM=e-5Ω,CM=1.6 pF,電偶極子上的電阻值RE=e-5Ω,CE=1.5 pF,在這種情況下,將天線優(yōu)化到最佳工作狀態(tài),得到如圖14所示的無源參考惠更斯源天線模型,其天線性能如圖15所示,中心頻率為1.580 GHz,其|S11|min=-42.62 dB,-10 dB相對帶寬為0.60%.

圖14 無源參考惠更斯源 ESA的結(jié)構(gòu)示意圖Fig.14 Structure schematic of passive reference Huygens source ESA

(a) |S11|和3D方向圖 (b) 實(shí)際增益方向圖(a) |S11| values and 3D (b) 2D realized gainrealized gain pattern patterns 圖15 無源參考惠更斯源 ESA的方向圖Fig.15 Passive reference Huygens source ESA performance characteristics

第二步,在保持RM和RE近乎為零的情況下,每次改變CM的值,都可以適當(dāng)?shù)馗淖僀E的值,得到性能最佳的天線性能. 通過這種方法,可以得到一一對應(yīng)的CM和CE的值,即得到如圖16所示的天線的頻率捷變特性圖. 利用Matlab對離散的CM和CE值進(jìn)行擬合并插值,得到CM和CE在較寬頻段內(nèi)的擬合值,如圖17所示. 將上一步中得到的CM和CE隨頻率變化的擬合值帶入HFSS中代替原有的CM和CE的固定值(如CM=1.6 pF,CE=1.5 pF),得到如圖18所示的天線性能仿真曲線. 由于此時(shí)RM和RE約為零,CM和CE為理想的擬合值,所以,得到的是理想NIC電路加載的惠更斯源 ESA. 即通過加載理想NIC電路,該天線的-10 dB相對帶寬由無源天線的0.6%增加到10.04%,有了16.7倍左右的提升,實(shí)際增益在2.41～4 dBi變化,FTBR變化區(qū)間為4.61～26.95 dB.

圖16 Non-Foster寬帶惠更斯源 ESA的頻率捷變特性Fig.16 Frequency-agile characteristics of the non-Foster wideband Huygens source ESA

(a) CE (b) CM圖17 CM和CE的擬合值與離散掃參值的對比Fig.17 Comparison between the discrete capacitance values and their curve-fit lines

(a) |S11|和FTBR隨頻率的 (b) 峰值增益和輻射效率 變化曲線 隨頻率的變化曲線(a) |S11| and FTBR values (b) Peak realized gain and versus frequency radiation efficiency values versus frequency圖18 理想non-Foster惠更斯源 ESA (黃色高亮部分為-10 dB阻抗帶寬區(qū)域)Fig.18 Performance characteristics of the ideal non-Foster Huygens source ESA (The -10 dB impedance bandwidth range is highlighted in yellow)

第三步,在ADS中構(gòu)建NIC電路,使其輸入阻抗的實(shí)部盡可能小且非負(fù),其容抗部分盡可能貼近圖17所示的CM和CE的擬合曲線. 為了使電路更簡潔,電偶極子和磁偶極子上加載的電路均采用如圖19所示的同樣NIC電路結(jié)構(gòu). 基于具體的電路參數(shù)值,可以實(shí)現(xiàn)如圖20所示的NIC電路的輸入阻抗性能設(shè)計(jì). 將電偶極子和磁偶極子所需的NIC電路的輸入阻抗的實(shí)部和容抗部分再次代入對應(yīng)的天線的RE,CE和RM,CM中,如圖21所示,最終得到non-Foster惠更斯源天線的-10 dB相對帶寬由無源參考天線的0.6%增加到6.02%,獲得了10倍左右的提升,實(shí)際增益變化區(qū)間為0.04～3.74 dB,FTBR變化區(qū)間為5.63～28.01 dB. 在-10 dB阻抗通帶內(nèi)的實(shí)際增益方向圖如圖22所示,可見,在整個(gè)通帶內(nèi),加載實(shí)際的NIC電路后,天線在實(shí)現(xiàn)了阻抗帶寬的10倍拓展的前提下,依然維持了良好的惠更斯源天線特性.

圖19 NIC電路模型Fig.19 Circuit model of the NIC element

(a) 電偶極子上嵌入的 (b) 磁偶極子上嵌入的NIC電路 NIC電路(a) Electric dipole (b) magnetic dipole圖20 NIC電路和理想NIC電路的等效電容和電阻值對比Fig.20 Comparison between the capacitance and resistance values produced by the NIC circuits and their requisite frequency agile values

(a) |S11|和FTBR隨頻率的 (b) 峰值增益和輻射效率 變化曲線 隨頻率的變化曲線(a) |S11| and FTBR values (b) Peak realized gain and versus frequency radiation efficiency values versus frequency圖21 Non-Foster惠更斯源 ESA (黃色高亮部分為-10 dB阻抗帶寬區(qū)域)Fig.21 Performance characteristics of the non-Foster Huygens source ESA (The -10 dB impedance bandwidth range is highlighted in yellow)

(a) 1.536 GHz (b) 1.58 GHz (c) 1.631 GHz圖22 Non-Foster惠更斯源天線的方向圖Fig.22 The 3D realized gain patterns of the non-Foster Huygens source ESA at the frequencies

6 結(jié) 論

惠更斯源天線因其獨(dú)特的設(shè)計(jì)方式,具有寬波束和高方向性的優(yōu)勢. 本文針對惠更斯源天線在電小尺寸下存在的匹配難、實(shí)現(xiàn)難、技術(shù)空白多的研究現(xiàn)狀,開展了一系列惠更斯源 ESA的研究和設(shè)計(jì). 首先介紹了兩款工作在SHF頻段的惠更斯源 ESA,利用多層PCB技術(shù)實(shí)現(xiàn)了28 GHz的平面多層線極化和圓極化設(shè)計(jì). 接著,介紹了三款工作在UHF頻段的惠更斯源 ESA,一款利用簡單可靠的正交饋電實(shí)現(xiàn)了雙線極化;一款利用方向圖可重構(gòu)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了端射電小惠更斯源天線的水平面360°空間波束掃描覆蓋;一款借助non-Foster技術(shù)使得阻抗帶寬獲得十倍擴(kuò)展. 這一系列惠更斯源 ESA采用多種創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念,為實(shí)現(xiàn)惠更斯源 ESA的多樣性和高性能設(shè)計(jì)提供了一些參考方案,具有較好的科研和工程價(jià)值.