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.     

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.     

一种适用于WLAN和WiMAX的三频圆极化开缝天线

在WLAN和WiMAX等无线通信系统中,天线需要多频化、宽带化、圆极化等特性。因此本文设计了一款共面波导馈电的三频圆极化开缝天线。天线由C形金属贴片和带有似勺状枝节的非对称开槽接地板组成。该天线通过添加似勺状枝节来扩展轴比带宽,并实现三频圆极化特性。在3个轴比带宽内,天线在主轴方向上均辐射右旋圆极化波。测得该天线的阻抗带宽(S_(11)-10 dB)分别为2.22～4.21 GHz、4.84～6.00 GHz。3 dB轴比带宽分别为2.17～2.47 GHz、3.46～3.76 GHz、4.17～6.00 GHz。在3个轴比带宽内增益分别为1.5～2.5 dBi、2.8～3.0 dBi和4.5～5.3 dBi。设计天线结构简单、易加工、性能良好,可用于相关频段的现代无线通信系统中。     

正交缝隙耦合馈电宽带圆极化微带天线设计

为了实现圆极化微带天线的频带拓宽和增益提高,在缝隙耦合天线的基础上,设计了一种Ku频段正交缝隙耦合馈电的宽带圆极化微带天线。该天线以双层方形贴片为辐射单元,在拓展天线阻抗带宽的同时提高了增益;采用微带线结合正交左旋缝隙结构实现耦合馈电,通过优化缝隙结构改善了天线轴比特性。测量结果表明:阻抗带宽(VSWR2)和轴比带宽(AR3dB)分别达到22.5%和16.2%,轴比带宽内天线增益均大于9dBi。该结构天线以其简单的馈电设计为宽带圆极化微带天线设计提供了一定的参考价值。     

共面波导馈电圆极化微带天线研究

对一种结构新颖的共面波导馈电圆极化微带天线进行了研究。天线的辐射单元采用两个方形贴片,简并分离单元分别附加在两个方形贴片的不同边沿,共面波导开路终端通过耦合对两个方形贴片进行馈电。整个天线具有对称的结构,抑制了共面波导中的偶模分量,产生了两个同旋向的圆极化辐射波。分析并设计了这种天线单元,天线的实测-10 dB回波损耗带宽达到11.6%,圆极化带宽达到1.86%,在前、后两个方向上均辐射左旋圆极化(LHCP)波。理论设计结果与实测结果吻合较好。     

一种用于“北斗”卫星导航系统的小型化微带贴片天线

基于“北斗”天线小型化的考虑，利用高介陶瓷基板（εr=16）来设计“北斗”卫星导航系统微带贴片天线，该天线采用切角结构，同轴线馈电方式，工作在“北斗”一代的S频段（2 492 ± 5 MHz,右旋圆极化）。采用Ansoft公司三维电磁仿真软件HFSS进行仿真分析，数值仿真结果表明： S11<-10 dB的阻抗带宽为62 MHz，3 dB极化轴比带宽为15 MHz；采用矢量网络分析仪对天线实物进行性能测定，实测结果表明，S11<-10 dB的阻抗带宽为66 MHz，3 dB圆极化轴比带宽为12 MHz，仿真结果与测试结果基本吻合，天线性能良好，满足“北斗”接收天线设计要求。该天线在满足北斗接收天线的性能的同时，由于采用高介陶瓷作为基板，使得其与传统天线相比，尺寸缩减了75%，具有一定的应用前景。     

新型紧凑的宽频带圆极化问号形天线

文章设计了一款新型紧凑的宽频带圆极化问号形天线。此天线由问号形(?-shaped)贴片和刻蚀扇形凹槽的矩形接地板以及介质基板组成。通过在接地板刻蚀扇形凹槽,有效地扩展了天线的阻抗带宽和轴比带宽。此天线印刷在介电常数为4.4的FR4介质板上,尺寸为28mm×26mm×1.6mm。天线的阻抗带宽达到了60.79%(3.95～7.4GHz),轴比带宽达到了34.67%(4.65～6.6GHz),覆盖了5.8GHz的ISM频带。     

一种新型宽带圆极化UHF RFID读写器天线

针对超高频射频识别(ultra high frequency radio frequency identification,UHF RFID)技术的发展需求,设计了一款覆盖UHF RFID全频段(840-960 MHz)的圆极化读写器天线.天线采用简单的平面缝隙贴片结构,利用π型线耦合馈电,获得了良好的宽带圆极化性能.重点分析了天线的宽带圆极化辐射机理和双向圆极化波的形成过程.天线的仿真和测试结果表明,S11≤-13 dB的阻抗带宽为200 MHz,3 dB轴比(axial-ratio,AR)带宽达到175MHz,频段内增益均大于3.4 dBi,且顶点的右旋圆极化(right-handed circular polarization,RHCP)电平和左旋圆极化(left-handed circular polarization,LHCP)电平差值均大于17 dB,具有较好的宽带性和抗干扰能力.仿真结果和实验测试结果的一致性良好,满足了UHF RFID读写器天线宽频带、高增益的应用要求.     

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.     

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。     

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。     

一种双线双圆极化微带天线阵列的设计

设计了一种双线双圆极化的多层印制板形式的微带天线阵列,采用缝隙耦合和微带线边馈实现天线的双极化,通过开关及圆极化器实现天线的双线双圆极化输出。通过对影响天线性能的各个参数进行优化设计,并加工了天线阵列,天线实测带宽为约15%,天线增益优于17dB。该天线单元结构简单,剖面低,可以作为大型微带天线阵列的子阵进行通信。     

小型化双频段GPS微带天线

为了满足GPS定位准确性和可靠性的需要,要求天线在GPS两个频率上实现圆极化.该文介绍一种通过单个探针馈电的双层正方形切角的微带贴片天线.此天线采用不同介电常数的微波陶瓷基片,与常规的双频圆极化天线相比,其尺寸减小了且没有在两层贴片间引入空气层,结构紧凑,便于加工.文中给出了天线的详细设计及实验结果,并进行了讨论.实测结果证明了该设计的有效性.     

复合相位调控的单层双功能反射型超表面

基于传输相位与Pancharatnam-Berry（PB）相位的复合相位调控机制，采用单层介质结构，提出了一种单一圆极化（circularly polarized, CP）波入射和在反射的正交双极化信道条件下实现两种独立功能的双功能超表面。推导分析了传输相位与PB相位对同极化与交叉极化反射分量的相位调控机理，并提出了实现同时调控两种分量的单元设计要求。针对单元旋转造成的PB相位失真，提出了一种加载空心圆形贴片的单元改进模型，确保了相位的稳定性。通过精确调控两极化分量的波束空间相位分布，在单圆极化电磁波入射条件下，该超表面可利用两正交极化信道同时实现两种不同功能。仿真和测试结果表明，在右旋圆极化（right handed circularly polarized,RHCP）电磁波入射下，在13~15 GHz工作频段内，所设计的双功能超表面可在同极化反射信道获得携带轨道角动量（orbital angular momentum,OAM）的偏折涡旋波束，在交叉极化反射信道获得偏折笔形波束。该设计具有结构简单、加工成本低等优点，为实现圆极化信道复用与多功能集成提供了新的思路。     

新型变形开口方环频率选择表面圆极化器的分析与仿真

基于开口方形环频率选择表面(FSS),设计一款新型圆极化器,将线极化波转换为圆极化波.在圆极化器中加入串联双H型耦合枝节,利用有限元仿真软件Ansoft HFSS对圆极化器参数进行仿真和优化.结果表明:3 dB轴比的圆极化器带宽达到25.6%,其中,870~1 080 MHz频带内轴比都小于2 dB,S_2,1都维持在-1.7 dB以上,圆极化器对馈源天线几乎不存在影响;相比于传统圆极化器,设计的圆极化器具有工作频带宽、结构层数少、模型简单及性能稳定等优点.     

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。     

一种高增益低RCS微带天线设计

设计了一种基于人工电磁材料的覆层,并将其应用于微带天线。该覆层由介质板及其两侧的人工周期表面构成,上表面是加载集总电阻的方环贴片,具有宽带吸波特性;下表面是开条带缝和圆环缝的金属贴片,具有部分反射特性。将其加载到微带天线的上方,通过上层的吸波表面吸收入射电磁波并结合下层的部分反射表面与金属地板构成Fabry-Perot(F-P)谐振腔增强天线的定向性,以实现微带天线辐射和散射性能的改善。仿真和实测结果表明加载人工电磁材料覆层后,天线的RCS在2~14GHz宽频带范围内实现了明显的减缩,最大减缩量达到28.3dB而天线的增益在工作频带内都得到了提升,最大提高了4.3dB。     

开圆形槽的半圆形平面单极超宽带天线的研究

文章在传统的平面单极天线结构的基础上,设计了一种采用微带线馈电,在半圆形贴片上开圆形孔的新型平面单极天线,研究了半圆形平面贴片以及接地面的结构对天线性能的影响.研究表明,这种天线能够工作在2—12GHz的频率范围内,并能获得超过140%的工作带宽.