圆极化十字交叉振子馈源设计与实现

由于圆极化天线不需要复杂的跟踪系统就可获得较好的极化匹配,现代许多卫星和地面的点到点通信为了在链路预算中使极化效率最大化,都使用了圆极化电波来传输.笔者对线性天线的自阻抗进行了分析,给出了十字交叉振子圆极化馈源的有效设计方法,采用一种开槽的单馈线激励十字交叉振子,并给出了适用设计的曲线.且采用电磁场仿真软件HFSS,计算了振子圆极化馈源的增益和圆极化轴比,仿真结果表明设计实用、可行.     

同相馈电双正交振子的圆极化实现

为了实现双正交振子的圆极化,正交同相馈电双振子天线的研究为设计圆极化的天线提供了依据,使振子天线在通信领域中得到更广泛的应用。通过对同相馈电双正交振子结构的理论分析,研究了同相馈电双正交振子天线实现圆极化的基本原理,得出振子的长度与半径和轴比之间的关系,继而实现了双正交振子天线的圆极化。利用HFSS软件进行仿真以验证矩量法计算结果的正确性。结果显示,通过改变振子的长度和半径,可以改善天线的轴比,实现天线的圆极化。     

基于圆环缝隙结构的圆极化可重构微带天线设计

通过对圆环缝隙结构的圆极化天线的理论分析,提出在微带天线接地板上添加十字形槽以拓展天线带宽的方法,并设计出左、右旋圆极化可重构微带天线.实际制作了工作频率为5 GHz的右旋圆极化可重构天线,将仿真和实际测量结果进行比较得出,添加十字形槽的圆极化可重构天线的阻抗带宽为4.45～5.50 GHz.在4.75～5.45 GHz范围内,实测天线相对轴比带宽为14%.这种方法能在不显著增加天线体积的情况下,将天线带宽增加1倍.     

一种用于GPS卫星导航的四臂螺旋圆极化印刷天线

在GPS导航中,作为非跟踪的地面站天线需要具有半球覆盖、宽波束、圆极化的特性,结构紧凑的四臂螺旋天线可以满足该需要。提出了一种新型一体化四臂螺旋印刷天线结构,采用四分之三波长四线螺旋线,通过单端口中心位置馈电实现依次相差90°的馈电网络,形成高增益圆极化波束。实验结果表明:该四臂螺旋印刷天线在1 575.42 MHz的轴比RA≤3 dB,增益大于等于5.6 dBi,具有良好的右旋圆极化辐射特性。天线具有重量轻、尺寸小的优点,且在低仰角时,其圆极化性能也能满足导航系统的要求。     

宽带圆极化球面螺旋天线研究

研究了一种具有宽带、小尺寸、圆极化特点的新型球面螺旋天线,采用螺旋线段对天线进行划分,曲线三角基函数和脉冲检验的矩量法分析了该天线的驻波、圆极化及方向图等特性。分析结果表明,计算天线上的电流分布时未知系数大量减少,提高了计算速度;与传统球面螺旋天线、半球面螺旋天线相比,该天线具有更加良好的辐射特性,在卫星通信领域有着巨大的应用前景。     

一种耦合馈电的双频圆极化缝隙天线的设计

设计了一种结构简单的双频圆极化微带缝隙天线.该天线采用微带线耦合馈电,通过4条长短不等的正交缝隙臂和正方形环状缝隙实现了双频圆极化.仿真与测试结果表明:该天线在1.220~1.539 GHz和2.740~3.047 GHz两个频段实现了良好的阻抗匹配,在1.415~1.505 GHz和2.825~2.890 GHz分别实现了圆极化性能,且最大增益均大于3 dBi.该天线具有较宽的工作带宽及良好的辐射特性,其中低频段为右旋圆极化(RHCP),高频段为左旋圆极化(LHCP).天线性能良好且结构简单,实际测量结果与仿真结果吻合一致.     

耦合馈电小型圆极化高增益RFID阅读器天线

提出了一种圆极化高增益超高频射频识别(RFID)阅读器天线。天线为微带结构,由分别印制在上下两层介质基板上的辐射贴片、L形馈电结构、接地面、四个短路加载小贴片等组成。采用在辐射贴片中心蚀刻十字形槽,L形结构耦合馈电,在天线四角加载短路小贴片等方法,实现了天线的圆极化和高增益。天线总尺寸为160mm×160mm×21.6mm(0.49λ0×0.49λ0×0.066λ0,λ0为中心频率915MHz在自由空间中对应的波长),实测|S11≤-10dB的频率覆盖范围为896-993MHz,轴比小于3dB的频率覆盖范围为902-940MHz,覆盖频段内最大增益8.5dBi。本文设计的天线易加工、成本低、圆极化、增益高,可以很好的应用在各种RFID系统的测试环境中。     

一种用于微波无线能量传输的S波段圆极化整流天线设计

在针对移动目标的微波输能(wireless power transmission,WPT)系统中,适应移动目标方位变化是急需解决的问题。圆极化微波整流天线可以减小或避免极化失配对微波输能效率的影响。本文提出了一款新型共面带线(coplanar stripline,CPS)结构的高效微波整流电路,与一对金属交叉偶极子直接连接,组成S波段圆极化整流天线。该整流天线结构紧凑,避免了同轴和微带结构,提高接收整流效率。实验结果表明:在2.45 GHz,圆极化天线|S11|为-13 dB,轴比为1.76 dB,半功率波瓣宽度为85.6°;整流电路在输入功率为16.3 dBm和负载250Ω时,效率达到了71.6%。该整流天线具有低成本、圆极化、易组阵等优点,在移动目标WPT领域具有应用潜力。     

超表面的极化可重构天线

设计了一种基于超表面的极化可重构天线,该天线由缝隙微带天线及上层超表面组成。通过旋转改变超表面与缝隙微带天线相对位置,能够实现线极化、右旋圆极化、左旋圆极化等不同的极化工作方式。该天线在圆极化状态时,相对阻抗带宽达到32%,右旋和左旋圆极化时3dB轴比带宽均可达到14%;线极化状态时,相对阻抗带宽均可达到10%以上。为了验证仿真结果的有效性进行了天线实物的加工和测试,实测结果与仿真结果吻合较好,进一步验证了该天线具有良好极化可重构特性。     

应用于 C波段的宽带圆极化微带天线设计

圆极化天线具有可接收任意极化电磁波的优点而被广泛使用,为满足通信需求,宽带圆极化天线应运而生。通过对矩形贴片天线进行结构调整得到一种新型宽带圆极化天线,使用电磁仿真软件CST对此天线进行全波时域仿真分析。仿真结果表明,该天线工作频段为3．8～8．1 GHz,在通带内轴比参数AR＜3的带宽为4～8 GHz,有效地拓宽了带宽。     

一种基于CRLH传输线的圆极化微带天线

提出了一种利用复合左右手传输线(CRLH TL)来设计小型圆极化贴片天线的方法。采用在天线地板刻蚀逆开口谐振环(CSRR)实现并联电感以及在贴片中央开槽实现串联电容。由于CSRR能够有效降低+1阶模式谐振频率,因此,可以缩小天线电尺寸。同时,由于CSRR的不对称性产生的寄生模式与+1阶模式相互正交,通过调整贴片中央的圆形宽缝可以使二者幅度相等,故而形成圆极化辐射。实验结果表明:该圆极化天线电尺寸为0.389λg×0.389λg,阻抗带宽和轴比带宽分别为16.08%和1.52%,该天线用50Ω微带线直接馈电,不需要阻抗变换线和接地过孔,易于设计加工。     

大带宽的U形接地板圆极化贴片天线

提出了一种新型的大带宽空气介质圆极化方形贴片天线结构。天线采用同轴馈电,利用U形接地板结构,通过切角微扰并调整接地板的端板高度可满意地获得圆极化性能。该天线实测的-10dB反射损耗带宽达46．5％,比常规的GPS圆极化天线宽很多,而且结构简单,便于加工。文中给出了天线的设计及不同参数对其性能的影响。     

采用空间映射方法优化卫星通信圆极化微带天线

论文提出了一款宽频带圆极化多层微带天线,天线具有两个不同尺寸的圆形辐射贴片进而展宽了带宽.采用3dB定向耦合器与天线集成在一起,为天线提供幅度相同,相位相差90°的两路信号来实现圆极化特性.由于该天线结构复杂,设计过程中计算量比较大,文论中采用渐进空间映射算法进行优化,节省了时间,提高了效率.天线优化结果:0.87-2.55GHz的阻抗带宽和0.94-2.16GHz的轴比带宽.对天线加工、测试,测量结果可以实现0.88-2.55GHz的阻抗带宽和0.96-2.16GHz的轴比带宽.通过比较可以看出测量结果与仿真结果吻合较好,进一步验证了空间映射方法的有效性.     

S波段Y形馈电的极化可重构圆形贴片天线

为了实时控制天线的极化方式,本文提出了极化可重构的S波段圆形贴片天线。该天线由圆形贴片、Y形馈线和2支PIN二极管组成。在圆形贴片的中心设置了接地过孔,便于给PIN二极管施加直流偏置电压。调整直接馈电和耦合馈电方式之间的相位差,控制天线上的电流分布,实现2种圆极化或线极化的工作模式。在辐射贴片和馈线之间引入2支PIN二极管作为开关,使天线分别工作在线极化(LP)、左旋圆极化(LHCP)和右旋圆极化(RHCP)模式。在圆极化模式时,该天线中心频率为2.53 GHz,10 dB回波损耗和3 dB轴比相对带宽分别为6.6%和1.2%。该天线结构简单,便于加工,在无线通信、雷达、无线能量传输等领域具有潜在的应用价值。     

一种超表面宽带圆极化交叉偶极子天线设计

本文设计了一种使用超材料表面(Metasurface,MS)作为反射器的圆极化交叉偶极子天线.该天线由两对分别印制在介质基板上下两面的扇形偶极子构成,利用金属贴片阵列实现的超材料表面放置在天线正下方用于改善天线的带宽和圆极化性能、减小天线的后向辐射.仿真与测试结果表明:该天线在2.26～2.74GHz有良好的阻抗匹配,在2.45GHz的中心频点相对带宽为19.6%,在2.4～2.65GHz实现了圆极化性能,相对带宽为10.2%,阻抗带宽内天线的最大增益均大于5dBic,剖面高度仅为0.04λ_0,整体尺寸为113mm×109.6mm×5mm.该天线具有较宽的工作带宽和良好的圆极化和辐射特性,性能良好且结构简单,测量结果与仿真结果一致.     

超高频RFID读写器天线的设计与仿真

基于RFID系统对天线的要求,针对单馈电微带天线回波损耗和轴比之间的矛盾,利用理论计算和Ansoft HFSS软件仿真优化的方法设计出了一种用于RFID读写器的新型超高频圆极化微带天线.该天线采用背馈的方法,相对于侧馈有效地减小了天线的尺寸.为实现良好的圆极化性能,该天线利用空气作为介质层.并且采用非对称矩形切角,相对于当前普遍采用的对称等腰直角三角形切角更容易加工和调整.经过仿真分析得出了各种参数的曲线图,验证了该天线的优越性能.     

一种轻薄型共面波导圆极化整流天线

本文设计了一款应用于近地飞行器的轻薄圆极化整流天线,飞行器普遍载荷有限,且在不断地运动,因此要求整流天线具有圆极化、重量轻、体积小、剖面低、易与飞行器表面共形等特点.本文设计的整流天线工作在5.8GHz,采用共面波导耦合馈电,具有较宽的工作带宽.后端整流电路采用串联二极管形式,并利用共面波导低通滤波器进行直流滤波,不需要使用任何集总元件.该整流天线结构紧凑,全重仅1.98g,剖面厚度0.5mm,最佳整流效率71.22%.测试结果与仿真结果吻合良好,验证了该设计的可行性.     

地板及金属板加载对轴向模螺旋天线辐射特性的影响

轴向模螺旋天线是一种常见的圆极化辐射的定向天线,其辐射方向主要是沿着螺旋线的轴线方向。通过改变天线地板的尺寸可以对天线的辐射方向进行调整,使之向地板一侧进行辐射,并能够获得较好的圆极化与定向辐射特性。通过轴向辐射方向的金属板加载,可以显著地提高天线的增益。以一个传统的轴向模螺旋天线为例,对上述两种控制天线辐射效果的方法进行了仿真与实验研究,结果表明减小地板直径可以使天线辐射向着地板方向,并且能够达到约10 d B的前后比;在天线轴向的加载地板可以使天线增益提高1 d B以上,并且对天线的阻抗带宽及圆极化特性等性能影响较小。上述方法的采用可以使得轴向模螺旋天线的应用更加广泛。     

一种易于调谐的小型圆极化微带天线设计

文章设计了一款易调谐的小型圆极化微带天线,采用在方形贴片表面对角开槽的方式减小天线尺寸,利用在地板上加载2对非对称的窄槽来激发圆极化辐射波,并在地板中心处加载1个方形槽以实现易调谐特性。对制作的天线进行测试,结果表明,在全球定位系统(Global Positioning Systems,GPS)1.575GHz频点上轴比为0.55dB,圆极化带宽为17 MHz,有效地克服了表面开槽对圆极化性能的影响,与传统天线相比具有易调谐、结构紧凑等特点,具有良好的工程实用性。     

导航终端双频圆极化天线的设计

设计了一款应用于北斗导航卫星系统(CNSS)和全球导航卫星系统(GNSS)的双频圆极化微带天线,该天线覆盖了1 258～1 278MHz和1 575～1 609MHz频段.天线采用了3dB电桥作为馈电网络,展宽了阻抗带宽的同时也实现了天线的右旋圆极化并提高了圆极化性能;另外为了抵消探针引起的感抗,在探针的顶层串联了电容能更好的实现阻抗匹配,有效地降低了天线的驻波比.通过HFSS软件建模仿真,结果表明,在带宽范围内天线的驻波比1.5;法线方向的圆极化轴比均1.3dB;高频段增益5.45dB,低频段增益5.7dB,辐射特性较好.