一种增强相控阵天线性能的介质层设计方法

来源：计算力学学报杂志2026年第1期北京时间：

作者：张明月,许广钰,刘志惠,刘兆松,高仁璟

单位：大连理工大学 机械工程学院, 大连 116024,大连理工大学 机械工程学院, 大连 116024,中国电子科技集团 公司第十四研究所, 南京 210039,中国电子科技集团 公司第十四研究所, 南京 210039,大连理工大学 机械工程学院, 大连 116024,大连理工大学 工业装备结构分析优化与CAE 软件全国重点实验室, 大连 116024,大连理工大学宁波研究院, 宁波 315016

摘要：堆叠介质层是实现相控阵天线宽带宽角扫描的常用方法,但传统PCB材料性质(介质特性和厚度等)常面临无法满足实现天线性能所需的材料特性的问题,进而限制了天线的性能提升空间。针对这一问题,本文提出一种考虑3D打印精度的介质层设计方法,以改善相控阵天线的阻抗匹配特性。该方法首先通过优化算法确定最优的介质层尺寸和介电参数,然后基于散射参数反演法设计具有上述特征的材料单胞,用于构建所需的介质层。为保证设计的介质层的可制造性,将3D打印精度作为材料单胞的尺寸约束。基于该方法,设计了由馈电区、辐射区和匹配区组成的工作在X波段的相控阵天线单元,通过设计介质层微结构实现介质层减重47.89%;从仿真结果看,设计的天线可以在X波段实现法向驻波比小于2,在E平面和H平面实现±60°扫描时驻波比均小于2.5,并且具有良好的极化纯度。

关键词：散射参数反演法,3D打印,堆叠介质层,相控阵天线,宽带宽角扫描,

基金资助：国家自然科学基金(12172076)资助项目.