新型超宽带圆极化印刷天线

针对传统圆极化微带天线轴比带宽较窄的问题,提出了一种新型的超宽带圆极化印刷天线。该天线结构简单,仅由C型辐射贴片和改进后的地板组成。采用微带馈电模式,整个天线尺寸仅为25 mm×25 mm×1 mm。通过优化C型贴片和在地板上增加三角形和小长方形微扰结构,可以有效增加天线的阻抗带宽和轴比带宽。给出了天线的设计流程,从表面电流分布分析了圆极化天线的工作机理。加工了天线实物,并对其进行了测量。仿真和实测结果表明天线具有超宽的阻抗带宽和轴比带宽。天线的工作频带为4.4~11.6 GHz(相对带宽为90%),3 dB轴比带宽为3.6~11.3 GHz(相对带宽为103.4%)。测量了天线的辐射性能和增益特性,实测结果与仿真结果吻合较好,证明了该天线的有效性。该天线可以应用于超宽带无线通信系统和卫星通信系统中。     

低雷达截面的新型超宽带单极子天线

针对超宽带天线的隐身问题,设计了一种新型的超宽带低雷达截面的单极子天线。测试结果显示天线-10 dB带宽范围为2.2~10.4 GHz,天线在2.5 GHz和8 GHz的方向图对称性良好。相比于参考天线,该新型天线的雷达截面（radar cross section, RCS)在带内的大多数频点实现了有效减缩。在最大增益损失不超过1 dB的情况下,实现了两个不同入射方向RCS的最大减缩量分别为6.4 dBsm和17.9 dBsm。该天线可应用于超宽带隐身平台上。     

基于指数渐变馈电结构的超宽带抛物面天线设计

设计了一种超宽带抛物面天线,将其馈电部分设计为指数渐变形式的四个馈电臂。给出了该天线的设计思想和设计方法,通过电磁仿真着重研究了指数渐变率和馈电臂间夹角对天线性能的影响,并详细分析了天线的阻抗特性和辐射特性。根据所设计的参数制作天线实物并进行测试,实测天线电压驻波比小于2的频带宽度达到0.95 GHz~20 GHz,天线的增益在2 GHz~14 GHz范围内为15.5 dB~30.5 dB。仿真与测试结果表明,该天线具有超宽带和高增益的特点,非常适用于超宽带通信、超宽带雷达以及无线监测与管理等系统。     

基于特征模理论的超宽带单极子天线设计

对于传统的天线而言，其带宽相对较窄。针对此问题，提出了一种新型超宽带(ultra-wideband, UWB)对称单极子微带天线。根据特征模理论, 首先对一款窄带单极子印刷天线进行特征模式分析, 结合天线理论, 在窄带天线结构上引入渐变结构和矩形槽, 使特征模式在目标频段内谐振, 并通过馈电激励方式激发出该特征模式, 从而使天线带宽得到拓展的同时具有良好的增益。仿真结果表明, 基于特征模理论设计的天线具有140.86%的相对带宽, 在2.88~16.6 GHz的工作频段内阻抗匹配良好, 并且具有良好的辐射性和稳定的增益, 其工作频率覆盖UWB频段、无线局域网、射频识别、全球微波互联接入及Ku频段。     

介质谐振天线枝节驱动型频率重构特性分析

为了满足认知无线电系统对于天线的动态需求,提出了一种介质谐振天线(dielectric resonator antenna, DRA)-10 dB阻抗带宽重构方法。采用的天线由阶梯阻抗微带线激励,并与截断的地板相结合,以使矩形DRA具有带宽为7.85 GHz的宽带状态用于频谱感知。在馈线高阻抗和低阻抗区域分别引入开路枝节和T形枝节,并通过p-i-n二极管开关控制,以获得相应频段的窄带特性用于通信。连接在地板上的枝节可使天线工作在陷波状态,用于滤除干扰。天线尺寸为25 mm×25 mm×5.637 mm。为了验证设计的有效性,加工测试了一个可重构DRA原型,仿真和测试结果具有良好的一致性。     

用于超高频射频识别的小型宽带高定向天线

基于Moxon天线具有高前后比和小型化的优点,并结合蝶形偶极子天线宽带的工作特性,设计了一款用于超高频(ultra-high frequency, UHF)射频识别(radio frequency identification, RFID)手持读写器的小型宽带高定向平面印刷天线。该天线采用Moxon和蝶形偶极子复合结构,利用平行双线馈电,引入微带渐变巴伦实现馈电平衡。最终天线尺寸为0.34λ₀×0.22λ₀(λ₀为中心频率工作波长),相比微带准八木天线实现了小型化。实测结果表明:在865~1 054 MHz频率范围内,天线的|S₁₁|＜-10 dB,增益均在3.5 dB以上,相对工作带宽达到20%;并且在UHF开放频段902~928 MHz频率范围内,天线的驻波比(voltage standing wave ratio, VSWR)小于1.4,前后比大于15 dB,增益高于5 dB。     

用于调频连续波雷达系统的宽带高增益天线阵设计

为满足调频连续波雷达系统终端天线对宽频带高增益指标的需求,设计了一款蝶形印刷偶极子天线阵,使用平行带线馈电网络进行连接,并利用巴伦结构将平行带线变换到50 Ω同轴馈电接头。阵元采用宽偶极子渐变结构以增加带宽,并组成4×4平面天线阵以提高增益。馈电网络采用不等功分和多节阻抗匹配设计,可抑制天线阵副瓣并展宽带宽。对天线进行了实物加工和测试,结果表明在3.8~6.6 GHz频率范围内天线阵回波损耗大于10 dB,相对带宽达到54%,在该频段内天线增益在15 dB以上,最高增益达17 dB。     

时间反演UWB通信系统的窄带干扰抑制

超宽带(ultra wide band, UWB)通信系统工作在3.1~10.6 GHz的频谱范围内,与现存的一些通信系统共用频谱资源。为了防止UWB通信系统对其他通信系统造成干扰,美国联邦通信委员会将UWB的室内辐射功率谱密度限制在-41.3 dBm/MHz以下,但UWB通信系统会受到其共存的窄带系统的严重干扰。针对此问题,本文在接收端设计了一种自适应无限脉冲响应陷波器,推导了-3 dB处的自适应带宽,同时结合最速下降算法,找到陷波器的最优带宽,从而抑制UWB中的窄带干扰(narrow band interference, NBI)。最后使用蒙特卡罗仿真验证出自适应陷波器有效抑制了时间反演(time reversal, TR)UWB通信系统中的NBI,提升系统误比特率(bit error rate, BER)。     

改善带宽和增益的阶梯状EBG结构微带天线设计

设计了一种基于电磁带隙结构(Electromagnetic band-gap,EBG)的微带天线,可显著改善天线带宽和增益。EBG结构用于抑制表面波传播,增加微带天线辐射增益;天线基板厚度的增加有益于拓展工作带宽。根据实际需要,EBG结构和天线可以不共用衬底基板。该方法可代替传统扼流环天线,在不牺牲天线性能的前提下,能显著缩减天线体积,在通信领域有潜在的利用价值。     

基片集成波导槽阵列天线的仿真研究

提出了一种介质谐振器加载的基片集成波导槽阵列天线结构,并给出了简单、快速的设计方法.通过Ansoft HFSS仿真软件进一步优化,可得到性能优良的天线设计结果.利用所给设计方法具体设计了一种K波段圆柱形介质谐振器加载的四元横向槽阵列天线,仿真计算结果表明该天线具有大约450MHz的-10dB回波损耗带宽, 最大增益为11.8dB,且辐射效率达92%.     

共口径双圆极化微带天线

针对圆极化天线轴比带宽较窄的问题，设计了一种由两个威尔金森功分器和两个环形电桥馈电的四馈双圆极化微带贴片天线。由于馈电网络不同端口在馈电时其输出信号相移方向相反, 因此可以辐射左、右旋圆极化波。双圆极化馈电网络具有结构简单、性能可靠特点。辐射贴片采用顶点相对的4个三角形贴片加载T形枝节, 并采用背馈的形式实现了天线紧凑的结构。在2.4~2.48 GHz频段内天线实测中心频点S₁₁小于-15 dB, 端口1的左旋圆极化轴比小于2 dB, 端口2的右旋圆极化轴比小于1.5 dB, 与同类型相近尺寸的天线相比具有较宽的轴比带宽。对其远场辐射方向图进行了仿真和测试, 结果表明这种四馈电结构改善了辐射方向图的对称性和轴比。     

Research on novel multi-layer and multi-polarized slot-coupling planar antenna array

A novel multi-layer planar antenna array to achieve multi-polarized radiation is developed. U-shaped coupling slots are embedded in the ground plane to extend the bandwidth. The phase relation between adjacent elements in the radiation field is analyzed when adjacent elements are fed in opposite phase. Return loss and radiation pattern are measured for a 16-element antenna array at 12.5 GHz. The radiation pattern shows a good agreement with the calculated one in the shape of the main beam. The return-loss of the proposed antenna array is less than -20 dB in the 12.5 GHz frequency band (12.25-12.75 GHz). Because of two feed ports the antenna can transmit arbitrary elliptic polarized waves if the two feed ports have different amplitude and phase. The main factors such as element spacing, substrate medium and manufacturing imperfection are analyzed and the corresponding conclusions are presented.     

毫米波微带双频平面天线阵研究

设计了一种新型毫米波微带双频平面天线阵,该天线阵单元采用凹槽加载中心馈电结构。这种馈电方式恰好等效为在微带贴片上加载了一个电抗,通过调节馈电线的长度,可以获得两个零点,从而使微带天线实现双频工作。基于这种馈电结构和并联馈电网络,制作了平面4 × 4 双频段天线阵。根据实验和仿真结果的比较,二者拟合较好。实测的双频天线阵工作在32.5 GHz和35.7 GHz,天线阵的增益16.25 dB,辐射效率为82%。