一种阻抗指数型TEM喇叭天线的改进

针对超宽带TEM喇叭天线设计中的低频特性差及方向性不集中等关键问题,设计了一种280的阻抗指数型TEM喇叭天线,并在此基础上进行了改进。仿真结果显示,所设计的天线低频效果较好,而且在主轴方向上,方向性得到改善,对天线的研究具有很好的实用价值。     

几种超宽带TEM喇叭天线的性能比较

超宽带TEM喇叭天线是近年来研究的一个热门课题.在天线尺寸一定时.研究了3种TEM喇叭天线的特性,经过比较,得出了设计TEM喇叭天线的规律.     

一种电磁脉冲测量超宽带大功率TEM喇叭天线

设计并加工测试了一款适用于瞬时大功率电磁脉冲测量的超宽带TEM波喇叭天线。该天线的馈电部分采用同轴宽带巴伦,辐射单元由两片平滑、渐变的金属曲面组成。为了实现天线的超宽带特性,同轴巴伦和辐射单元均采用指数渐变的形式。而为了提高天线的功率容量,将大功率同轴宽带巴伦和辐射单元直接相连。仿真和实测结果表明该天线在0.5~6GHz频率范围内,其电压驻波比VSWR≤2,平均增益Gain≥8d B,增益平坦性在±1d B之内,满足电磁脉冲测量的基本需求。     

小型EMC宽带喇叭天线设计

混波室(Reverberation Chamber)作为一种新型的电磁兼容的测量设备,由于其自身的优越性,受到越来越多的关注.应用于混频室内的天线对频带宽度的要求比较高,需要天线能覆盖很宽的频带.本文提出一种工作频率为2GHz-10GHz的宽带加脊喇叭天线的设计方法,利用Ansoft HFSS 9软件进行建模仿真,从简化设计以及降低加工难度的角度出发,将喇叭天线的物理尺寸尽可能的减小以方便在空间有限的混波室内使用.将仿真结果与现有喇叭天线实测结果相比较,结果表明,该天线在所设计频带内匹配良好!物理尺寸仅为现有商用喇叭天线的2/3左右.     

一种新型微带馈电的Ku波段八边形波导喇叭天线的设计

针对卫星地面通信系统采用的抛物面天线体积大、和机动灵活性差的缺点,以及微带阵列天线增益小、损耗大的缺点,提出了一种新型波导喇叭天线,辐射层为中心开八边形孔的理想导体,馈电层采用双层正交微带馈电来实现双极化,单元天线尺寸仅有21 mm×21 mm×2.2 mm,设计了一分四的等分馈电网络,并组成2×2的波导喇叭天线阵列。利用HFSS仿真软件得到2×2阵列增益达到15 dB,利用矢量网络分析仪测得阵列天线增益为14.5 dB。该天线结构简单,体积较小,增益高,组成大型阵列之后能够代替传统的抛物面天线,作为卫星地面通信系统天线。     

一种新型微带馈电的Ku波段波导喇叭天线的设计

针对卫星地面通信系统采用的抛物面天线体积大,机动灵活性差的缺点,以及微带阵列天线增益小,损耗大的缺点,提出了一种新型波导喇叭天线,辐射层为中心开八边形孔的理想导体,馈电层采用双层正交微带馈电来实现双极化,单元天线尺寸仅有21mm*21mm*2.2mm,设计了一分四的等分馈电网络,并组成2*2的波导喇叭天线阵列。利用ＨＦＳＳ仿真软件得到2*2阵列增益达到15dB,利用矢量网络分析仪测得阵列天线增益为14.5dB。该天线结构简单,体积较小,增益高,组成大型阵列之后能够代替传统的抛物面天线,作为卫星地面通信系统天线。     

C波段高增益宽带准八木天线阵列

提出了一种高增益的宽带准八木天线阵列。天线为印刷电路板的形式,通过平衡微带线给印刷对称振子馈电。为节省空间,将馈线与反射器进行了一体化的设计。为提高天线单元的增益和带宽,在有源振子前方引入了寄生振子和一段介质板。为进一步提高天线增益,将天线单元组成二元阵,设计了一个宽带平衡与等功率分配的馈电网络。整个天线阵连同馈电网络印刷在一块FR4环氧板的两侧,使用电磁仿真软件CST Microwave Studio进行建模与仿真分析。根据仿真结果制作了天线阵列,在微波暗室内进行测试。结果表明,天线在(4.4—7.0)GHz的频带内反射系数小于-10 dB,相对带宽为45.6%,在整个工作频段内平均增益为6.2 dBi,达到了预期效果。     

楔形介质填充超宽带TEM喇叭天线的辐射特性研究

针对探地雷达系统所用的TEM喇叭天线前向辐射方向不集中及侧向泄漏大等问题,采用楔形介质填充的办法加以改善,并利用有限积分(FIT)法研究分析了不同尺寸的楔形介质填充TEM喇叭天线的辐射特性.研究结果表明,选择适当尺寸的楔形介质,可以改善超宽带TEM喇叭天线的辐射特性,同时该天线在0.8～3 GHz的频段范围内电压驻波比(VSWR)小于2,具有超宽带的工作特性.该天线结构简单,加工方便,制造成本低,具有较大的实用价值.     

基于复合母线的双锥天线小型化设计

设计和仿真一种具有复合母线结构的片状超宽带双锥天线。通过将传统双锥天线的直线型母线改为由直线与特定多项式曲线组成的复合母线,天线的阻抗特性得到明显的改善,能够更好地实现与馈源的阻抗匹配。同时,为了在不影响天线辐射特性的前提下减小天线的重量和体积,还采用了片状结构的设计方案。使用电磁仿真软件CST Microwave Studio进行建模与仿真分析。结果表明,天线在0.79~22.8 GHz工作频带内,驻波比均小于2,比带宽达到了28.9∶1,整个工作频带内平均增益可以达到3 d Bi,性能优于传统的双锥天线,实现了小型化的设计目的。根据仿真结果对天线进行了实物加工,且在微波暗室内进行了测试,测试结果与仿真结果基本一致,验证了设计方法的正确性。     

提高喇叭天线增益的超介质构建方法

为使喇叭天线内部传导的球面波向平面波发生转变,提出一种高增益喇叭天线的超介质构建方法(MSM).MSM方法先采用有限嵌入式坐标变换将喇叭天线内空气介质的电磁参数进行变换,得到一组在原空气介质所占空间内连续变化的电磁参数,再将连续的电磁参数在空间离散化,并设计对应的电谐振和磁谐振单元,最后排布谐振单元实现超介质的构建.在喇叭天线中应用该超介质,改善了口面场的幅相分布,提高了喇叭天线主瓣的方向系数.与零折射率超介质构建方法相比,MSM方法消除了电磁波在介质分界面上的反射,提高了喇叭天线的辐射效率.采用基于有限元算法的COMSOL软件对电磁波在喇叭天线内的传导特性及增益方向图进行三维数值模拟,并与常规喇叭天线进行对比,结果表明:喇叭天线过渡段内波面形式发生了转变,主瓣增益提高了9dB,主H面和主E面的半功率角分别减小了2.1°和1.0°.     

基于超表面的反射阵天线设计

提出了一种基于超表面的Ku波段高增益反射阵天线.设计了一种"灯笼折线型"结构结合开口方环结构的超表面单元形式,单元大小为0.3λ₀.通过仿真软件进行优化分析,该单元可以实现520°的相移范围且具有良好的相移特性,应用该单元进行了Ku波段高增益反射阵天线的设计,设计了阵面口径大小为160.8 mm×160.8 mm （7.2λ₀×7.2λ₀）的反射阵天线,采用角锥喇叭进行馈电,该反射阵天线获得了较高的增益以及口径效率.同时在卫星通信的上行链路频段14.0~14.5 GHz以及下行链路频段12.25~12.75 GHz范围内具有较好的性能.对该反射阵列进行了加工测试,测试结果与仿真结果较为吻合,从而验证了该反射阵天线设计的有效性.      

S型左手材料平板透镜对喇叭天线性能影响研究

根据左手材料零折射特性设计一种周期性左手材料排列的平面透镜来提高喇叭天线的增益和口径效率。S型左手材料被放置于平行波导中计算端口传输矩阵,并进一步计算S型左手材料的介电常数,调整结构参数,使其在16GHz时负介电常数为负值。将此结构所构成的周期平面透镜放置在矩形喇叭天线上端,对该天线的辐射方向图,增益进行了研究。结果表明,S型左手材料结构平面透镜的喇叭天线增益可达到19．3dB,比无透镜的同尺寸喇叭天线增益提高3．55dB。且口径效率达到64．21％。说明S型左手材料平面透镜可以大幅提高喇叭天线增益和口径效率。     

曲线轮廓光壁喇叭天线设计与分析

针对毫米波段波纹喇叭加工困难、加工费用昂贵的问题,提出一种由正弦曲线和高斯曲线组成的曲线轮廓光壁喇叭天线,采用基于有限元算法的高频电磁场仿真软件ANSOFT HFSS对该天线的电特性进行计算,并运用准光理论计算其高斯耦合效率.采用高频平面近场天线测试系统对喇叭实物进行测试,实测结果与波纹喇叭对比,这种曲线轮廓光壁喇叭天线的副瓣电平比波纹喇叭低6.59dB,增益高0.5dB,高斯耦合效率高0.9%,长度短15.8mm,而且易于加工,是一种可替代波纹喇叭的优良性能馈源.     

P波段小型化锯齿缝隙超宽带天线设计

设计了一种P波段小型化超宽带天线。该天线采用微带线对五边形辐射单元进行馈电,接地板上蚀刻了锯齿形边沿的矩形宽缝。通过天线参数的仿真优化,最终实现了相对带宽约95%、尺寸为0.27λ×0.17λ(λ为低频点的自由空间波长)的超宽带P波段小型化印刷天线。仿真结果表明:天线的工作频带为300.5~848.8MHz,带内回波损耗均在-10dB以下,整个频段内天线的增益均在3dBi以上,天线为全向辐射。该天线具有平面结构,形状简单,易于共形的特征。最后制作了天线样件并进行了测试,测量结果与仿真结果吻合较好。     

零折射率超材料对喇叭天线波前相位的改善

为改善喇叭天线波前相位,获得更高的增益,提出一种3层金属网格零折射率超材料结构,将其加载到喇叭天线口径上。理论分析和提取的等效折射率表明,在7.1 GHz附近,该结构的电磁波的频率接近等离子体频率,从而使得其等效折射率接近于零,并通过劈尖仿真验证了这一零折射零的特性。当其作为喇叭天线的覆层时,喇叭天线的波前相位由球面波被调制为均匀平面波,方向图波束角变窄、旁瓣降低,并且增益提高2.6 dB。这种零折射率超材料结构调制喇叭天线波前相位的作用,为改善喇叭天线的波前相位从而实现更高增益提供一种思路,有一定的应用前景。     

一种平衡微带线馈电的宽带八木天线

提出了一种平衡微带线馈电的宽带印刷型八木天线,该天线具有剖面低、带宽宽、馈电简单的优势。使用CST Microwave Studio软件分析了天线的金属表面电流,建立了与天线辐射特性等效的对称振子阵列模型,解释了天线的辐射原理。根据仿真分析结果制作了天线样机并进行了测试,该天线可以在1.62~2.35 GHz的频率范围内满足反射系数低于-10 dB。在工作频率范围内的增益约为5 dBi,其尺寸仅为100 mm×38.5 mm×1 mm,可以应用于无线通信领域。     

药品及其包装对超高频RFID标签性能的影响

超高频射频识别(radio frequency identification, RFID)标签应用于药品包装可促进药品的信息化管理,然而在实际应用中基于药品及其包装对超高频RFID标签性能的影响尚未得到研究.通过电磁仿真软件Ansoft HFSS对超高频RFID标签的性能进行仿真分析,并结合理论分析和实验测试研究了液体类药品和泡罩包装的铝箔板对超高频RFID标签的影响.仿真分析结果显示当铝箔板和液体瓶与天线距离在20 mm以上时,天线的增益为正值,标签可正常工作;当铝箔板和液体瓶离开标签的距离在6 mm-8 mm时,标签的识别距离可在药品包装尺寸的限定范围内达到最大.且液体类药品和泡罩包装铝箔板与超高频RFID标签接近时都会使得天线增益降低,引起天线失调,其中铝箔板使得天线性能降低的程度较液体大.     

一种新型缺陷地结构的双陷波超宽带天线

针对超宽带系统易受窄带信号干扰的问题,设计了一种新型双陷波平面超宽带(UWB)天线,地板采用新型的缺陷地结构(DGS)扩展带宽,通过在八边形天线的辐射贴片上加载2个U形槽实现了3.4~3.9 GHz和5.2~5.8 GHz频段内的双陷波特性,并在馈线上加载枝节改善天线的陷波特性.利用仿真软件研究了2个U形槽对陷波特性的影响,分析了天线的方向图和增益特性,并将其加工成实物.仿真和测试结果表明,该天线形状新颖,结构简单,性能优良,易于集成,能够广泛应用于超宽带无线通信设备中.