波束掃瞄天線及平面反射天線創新研究

Abstract

本論文以新的天線波束掃瞄技術和平面式反射天線為主軸，深入探討五個題目。首先是一個具波束掃描功能之波導饋入微帶天線陣列，藉由小幅度改變波導管厚度造成傳播常數變化，控制饋送到每個天線元之間的相位差，因而使得天線陣列的波束方向偏轉。 第二個是雷達和通訊雙模的平面摺疊式反射陣列天線，由於次反射面的作用，此天線操作在雷達模態時電磁波會經由主反射面聚焦，產生可切換方向的窄波束，而通訊模態則呈現寬波束的輻射場型，兩種模態的場型各有其適合的應用。 此外，本文也對毫米波圓極化選擇性表面加以研究，在用印刷電路技術實現第一種形式的圓極化選擇性表面後，發現連通電路板兩面的垂直方向金屬孔在製作時會衍生一些非預期效應，進而影響到圓極化選擇的特性，因此發展出另一種設完全沒有垂直方向導體的三層純平面式圓極化選擇性表面，第二種設計以電磁耦合取代導體直接相連，可省去製作大量金屬連通孔的困擾，更適用於印刷電路的製程。 最後，研究出使用最少數量微波開關元件即可控制大範圍頻率選擇性表面的方法，並與角反射天線的概念結合，完成一個創新的輻射場型分集天線，此天線在不同的開關狀態組合情況下各有相對應的波束方向和輻射場型。 本論文中所有的研究，都是先建構好工作原理，然後經由計算和模擬找出最佳化設計，成品的實際量測數據和模擬結果皆相當吻合。各項成果已達預期效果，未來可以繼續個別的研究增強性能，更可進一步相互搭配結合，創造出更多樣的功能及應用。

This dissertation deals with novel beam steering techniques and planar reflector antennas. A beam-steering waveguide-fed microstrip antenna array, a dual-mode millimeter-wave folded microstrip reflectarray antenna, a millimeter-wave right-hand circular polarization selective surface, a millimeter-wave three-layered left-hand circular polarization selective surface without any vertical conductive segment and a pattern diversity reflector antenna with minimum number of switching devices have been investigated, designed, built and tested. The theoretical approaches and practical developments of the above five researches are comprehensively discussed. All the simulated results are verified experimentally, and exhibit good consistency with the measured data. The individual subjects are worth further efforts for improvements in the future. Moreover, it is advisable to deploying new applications by combining some of the researches presented in this dissertation.