2024年11月22日，北京大学电子学院前沿论坛第77期成功举办。北京交通大学电信学院李铮教授分享了题为“基于漏波结构的电控波束扫描天线及方向图综合新方法研究进展”的精彩报告。本次报告由电子学院宋令阳教授主持，多名师生参与了讲座。

讲座分为两个部分：电控波束扫描漏波天线和漏波天线方向图综合新方法。

在第一部分，李教授首先介绍了电控波束扫描漏波天线的研究背景。他从现有各种天线技术的对比入手，指出机械扫描天线和传统有源相控阵天线存在成本高、重量大、体积庞大的缺点；而电控反射阵技术和电控透射阵技术则需要空间照射源，具有系统剖面较高的不足之处。尽管传统漏波天线具备低剖面、高增益及低成本等优势，但其通过频率扫频实现波束扫描的方法无法满足固定频点下波束切换的通信需求。因此，在传统漏波天线基础上发展出的电控波束扫描漏波天线，通过引入有源器件（如二极管），实现了固定频点的动态控制波束指向，从而能够进行定频波束扫描。

接下来，李教授介绍了电控波束扫描漏波天线的基本工作原理。电控波束扫描漏波天线具有周期性结构，可采用空间谐波分析。通过调控二极管的开关状态可产生不同的扰动周期，以控制波束方向。同时，用多谐波辐射可提高扫描范围。

最后，李教授按照研究逐步深入的逻辑顺序，系统地介绍了多种电控波束扫描漏波天线的设计研究工作。初步研究中，团队设计了一款工作在C波段的基于基片集成波导的缝隙耦合贴片的一维线极化天线。在电磁波沿波导传播过程中，能量通过缝隙耦合槽漏出，激励贴片向外辐射。其中，二极管可调控缝隙与贴片之间的耦合强弱，从而控制贴片从波导辐射至空间的能量。实验表明，利用多次谐波分析得到的编码来调控二极管通断可实现大范围波束扫描。这初步验证了电控波束扫描漏波天线的可行性。为降低损耗，后续设计采用间隙波导替换基片集成波导，并针对卫星通信需求优化了缝隙耦合槽与贴片结构，成功设计出可实现右旋圆极化的Ka波段圆极化电扫描天线和Ka波段圆极化左右旋切换电扫描天线。更进一步，还设计了能够实现水平极化、垂直极化、左旋圆极化和右旋圆极化的Ka波段四极化切换电扫描天线，该天线通过改进全息原理来实现高效的波束扫描及极化切换，以面向雷达通信一体化系统。为利用相同天线口径覆盖多个卫星通信频段，在间隙波导中引入类似脊波导结构，可使高频波导嵌入低频波导中。基于此，设计了Ku/Ka双频共口径电扫描天线与C/Ka双频段（大频比）电扫描天线。此外，引入双模波导结构，设计了双极化电扫描天线可实现两种极化波束独立扫描。为提高增益，实现水平角和俯仰角扫描，可将上述天线扩展为二维天线阵列。团队设计了Ka波段的圆极化二维电扫描天线，开发了线极化的面向5G-Advanced毫米波基站的高增益二维电扫描天线。这些不同功能的电扫描漏波天线均体现出电扫描漏波天线低剖面、低成本、轻量化及扫描角度较宽的特点。

在第二部分，李教授介绍了基于有效辐射段方法的方向图综合方法。该方法指出，远场辐射仅受天线前后两端的有效辐射段影响。因此，通过调整有效辐射段的辐射特性，可以实现波束综合，用于实现低副瓣和零陷。有效辐射段分析方法同时适用于基模为快波的（准）均匀漏波天线和基模为慢波、辐射模式为高次空间谐波的周期性漏波天线。李教授通过两个实例分别阐述了不同结构漏波天线中有效辐射段的计算方法及其相应的波束综合方法。与传统方向图综合方法相比，该新方法具有显著优势：传统方法往往面临计算耗时长、结构参数与传输参数映射关系难以获取，以及交叉极化难以控制等问题。而基于有效辐射段的方法无需添加会产生交叉极化的结构，通过解析表达式即可实现方向图综合，具有计算简单快捷，交叉极化低，易于设计，易于加工的优点。

在互动环节，现场老师和同学们积极提问，与李教授进行了深入而细致的交流。当谈及漏波天线增益优化设计时，李教授指出可以适当增加辐射单元间距，以扩大阵面，从而提高增益。在讨论漏波天线辐射模型时，李教授强调，漏波天线某处辐射能量与电磁波沿波导传播至该处的能量呈比例关系，而非固定值。随着电磁波的传输，波导中的能量表现出指数衰减特性。报告结束后，电子学院宋令阳教授为李铮教授颁发了北京大学电子学院前沿论坛纪念牌，并合影留念。