一种基于SPiN二极管的高集成可重构天线

针对现代通信技术的快速发展对天线的智能化和高集成提出越来越高的需求,设计并制备了一种基于S PiN二极管的硅基固态等离子体可重构天线,S PiN二极管作为天线基本辐射单元设计在高电阻率的硅衬底上,通过施加合适的正向偏压在本征区内部形成固态等离子体区域,从而有效提升了天线系统集成度和动态可重构能力.仿真与实测结果表明,二极管本征区内部固态等离子体浓度超过了1018 cm-3,基于优化S PiN二极管的新型高集成可重构单极子天线通过控制天线不同单元的导通与截止实现了谐振频率在8.83 G H z和9.71 G H z的两种工作状态,在不同模式下的最大增益分别达到了2.04 dB和1.68 dB.天线其他辐射参数也表现出良好的性能,为高性能可重构天线的设计和应用提供了一种新方法.     

表面PIN二极管的电磁辐射特性分析

以表面PIN二极管(SPIN)为研究对象,根据半导体内非平衡载流子双极性扩散方程,推导了外加电场条件下,稳态时本征区载流子浓度一维连续性方程,数值求解了大电流注入条件下本征区固态等离子体电导率.基于固态等离子体电导率在ADS软件中构建可重构贴片单极天线结构,仿真验证了大电流注入条件下,SPIN具有一定的类金属电磁辐射特性.实验结果表明可以用SPIN替代金属作为基本辐射单元构建可重构天线阵列.     

小型方向图可重构四单元缝隙天线的设计

提出一种小型方向图可重构天线.该天线是由4个缝隙单元组成的平面阵列,单一的缝隙单元能产生定向辐射方向图,且最大辐射方向是接近缝隙的开口端.将4个PIN二极管集成在4个缝隙单元上,通过4个二极管开关的导通与断开组合成不同的模式,使天线在xoy平面上获得8个定向和多个全向的辐射方向图.仿真结果表明:该天线的定向最大增益为2.90 dBi,全向最大增益为1.38 dBi,半功率波束宽度平均值为136°.该天线是半径为31 mm的圆,体积小,制造成本低,且满足无线通信频段2.40~2.50 GHz,适用于无线局域网(WLAN)等无线通信领域,可以降低多径衰落的影响,提高数据的传输速率.     

方向图可重构的平面准八木天线的设计与实现

通信系统的快速发展对天线的性能提出了更高的要求,方向图可重构天线是天线家族中重要组成部分之一,应用十分广泛。文中利用HFSS软件对方向图可重构的平面准八木天线进行了设计与实现,天线结构基于传统的偶极子天线以及八木天线并采用差分馈电,主天线振子置于介质板的两侧,在地板一侧的振子臂通过PIN二极管开关与地板相连,馈电一侧的阵子臂通过PIN二极管开关与馈电相连。通过组合控制二极管的开关状态即可控制天线单元的工作状态从而实现天线方向图可重构的目的。结果表明天线的回波损耗在中心频点出达到-25d B,-10d B带宽为约为400MHz,相对带宽为13%,天线在主辐射方向的增益达到约4.5d B,该天线能够实现4个方向的扫描,具有良好的方向性。     

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。     

基于SIW的频率/极化可重构背腔缝隙天线

针对现有可重构天线难以同时对频率与极化特性进行切换的不足，提出了一种低剖面紧凑型的频率与极化可重构波导背腔天线。天线由基片集成波导(substrate integrated waveguide，SIW)谐振腔和十字型槽线组成。在十字型槽线内加载PIN二极管，通过二极管的导通和断开调整有效谐振长度，达到频率可重构目的。在十字槽线两侧加载短路通孔可重构谐振腔内电场分布，在不改变辐射结构下实现圆极化波与线极化波之间任意切换。2种重构方式的切换结构各位于天线底层与顶层，二者互不影响，且天线制作简单，成本低廉。测试结果表明，天线仿真与实测保持一致，且工作性能良好。     

方向图可重构印刷小型天线的设计与实现

提出一种简单结构紧凑的方向图可重构天线.该天线由3条微带线和介质基板组成,微带线印在基板的顶部.将PIN二极管集成在左、右两侧的微带线上,通过二极管开关的导通和断开,使天线在yoz平面获得2种定向与全向的辐射方向图.对天线进行仿真、制作和测试.实验结果表明:阻抗带宽可达14.7%,定向最小增益1.2 dBi,全向最小增益1.7 dBi;该天线在2.19～2.54 GHz频段上有较好的定向性和全向性,适用于抗干扰能力要求较高的无线通信系统.     

一种“风车”形单元平面反射阵列天线的设计

为了改善反射阵列单元相位特性曲线的线性度,扩大相位补偿的覆盖范围,采用了一种新型的反射阵列单元,即在传统的反射阵列单元上方加上一层介质匹配层.仿真结果表明,相比传统的设计方式,新型反射阵列单元的相位特性曲线线性度得到明显改善,相位补偿实现了0°～360°的完全覆盖.本文中固态等离子体(GaAs)代替金属工作,利用固态等离子体的可重构特性设计了一款具有动态波束扫描的平面反射阵列天线,反射主波束的方向分别达到了预期设计的15°、20°和25°,并且每个天线的副瓣和主瓣都相差了至少10 dB以上.通过动态调节固态等离子体的激励状态,即改变反射阵列单元的谐振结构,可以实现空间波束扫描.     

等离子体圆形反射器天线辐射特性的数值计算

采用辅助差分方程时域有限差分(ADE-FDTD)算法对一种具有快速动态重构能力的等离子体圆形反射器天线(PRRA)的归一化辐射方向图及反射系数进行了数值计算.计算结果表明:等离子体圆形反射器天线能够在微秒量级内完成不同辐射波束形状和发射方向的切换,实现天线辐射特性的快速动态重构且具有较宽的工作频带.     

PIN二极管在可重构天线中的作用的研究

为适应现代通信设备的需求,天线的研发趋向于小型化,多波段.在不影响天线功能的前提下设计一个解决多频,小型化的天线成为一个好的解决方案.本文中提出了使用RF PIN二极管作为转换开关,通过对直流电压信号的控制产生不同的阻抗值,从而调节天线的频率.该转换开关的功能是改变PIFA天线上两个被窄缝分割相对独立的辐射贴片间的耦合,并通过这种耦合来改变表面电流分布.所以,当开关开启时产生较大的表面电流分布,电流路径长度加长,从而产生较低的频率.而当开关闭合时,这就是开关对频率的调节作用.本文中的RF PIN二极管被用作转换开关,通过对直流电压的控制来达到不同的阻抗值,从而调节天线的频率.     

60 GHz低损耗宽带的超表面天线阵列

研究一种基于超表面的60 GHz 1×2宽带天线阵列.为降低传输损耗,天线阵列由间隙波导功分器馈电,间隙波导传输线两侧放置电磁带隙结构,能量通过缝隙与顶层超表面耦合,从而向空间辐射.天线阵列安装在Rogers 4350b介质基板上,由超表面辐射器引入的准TM₃₀谐振模式与缝隙辐射单元的本征模式结合,从而拓展天线带宽,改善天线增益.研究结果表明:天线阵列-10 dB |S₁₁| 带宽仿真结果为49.3~65.0 GHz,实测结果为48.5~64.8 GHz,覆盖57.0~64.0 GHz范围的无授权毫米波通信频段;在匹配带宽内,天线的最大增益为11.8 dB,3 dB增益带宽为15%.     

一种带陷频带可重构超宽带天线的设计

提出了一种新的超宽带(UWB)天线,其工作频率从3.1 GHz至10.6 GHz,频带宽度达7.5GH。该天线具备4.9 GHz至5.9 GHz频带的带陷功能,可实现超宽带带陷谱与超宽带非带陷谱间的重构。该天线采用具有双阶梯下切角的平板单极子结构,其接地面上刻蚀一U型槽。在槽线的中间位置,嵌入一可控PIN二级管。该结构的特点在于U型槽、PIN管、控制单元和UWB收发系统位于同一平面,克服了异面结构中PIN控制引线对天线性能的影响,简捷而精确。该天线的设计、分析和优化采用时域有限积分技术(TD-FIT),其数值结果与测试结果的一致性证明该天线具备超宽频带的同时,可实现对特定频带的良好的带陷与重构。     

一种适用于火灾检测的低旁瓣共形天线

设计一种应用于33 GHz频段具有金属栅格的天线阵列,通过泰勒线源激励幅度的设计方法引入栅格结构,用来减少天线的旁瓣电平,加强了天线的抗干扰能力.最终的天线阵列由6个天线阵元在y轴方向上叠加而成,叠加后天线阵列辐射能力得到了增强.最后通过电小平面分析法对栅格天线进行了共形,从而减少天线的体积,并且使天线阵列更好地贴合检...     

光生等离子体光源照射阵列的设计

介绍了光生等离子体的物理概念,说明了一种由激光二极管构成的光生等离子体光源的设计方法。分析了激光二极管的光强分布函数,提出了一种激光二极管照射阵列方案,计算了该阵列在被照面上的光照度,并用计算机模拟计算了该阵列在不同数目激光二极管和不同照射距离下的照射结果,模拟结果表明该照射阵列有均匀的照射效果。最后文章总结了不同数目激光二极管构成的照射阵列和不同照射距离对被照面光照均匀性及光照强度的影响。     

对数周期天线方向图的矩量法估计

在宽带二维波达方向估计系统中 ,天线阵列的方向图估计将直接影响波达方向估计的算法及精度。该文从天线辐射的积分算子方程出发 ,采用矩量法和快速多极算法(FMA) ,计算并分析了对数周期天线的方向图和阻抗矩阵 ,计算机仿真及天线外场实测表明 :理论计算方向图与实测天线方向图数据在 E面有较好的一致性 ,而在 H面 ,仿真方向图和实测方向图数据有一些差别 ,这些差别主要由矩量法的物理模型所引起。对数周期天线方向图矩量法估计的完成 ,为宽带二维空间波达方向 (DOA)估计系统天线阵列的工程设计提供了理论基础     

用天线阵技术无损探测大桥钢筋网的三维分布

常规的探地雷达发射的电磁波和接收的电磁波均为同一频率,因此影响了探测的精度、效率.天线阵探地雷达将不同频率的天线组合到一起工作,实现了一次扫描得到4张雷达图,使深部、浅部探测一次同时完成,提高了探测精度和工作效率,节约了探测成本.另外,由于不同频率的天线对不同深度的被探测体有足够的分辨率,不同位置的天线对同一被探测体进行全区域、多角度的探测,所以天线阵探地雷达能够分辨上下重叠或位置很近的被探测体,使得对一个区域的钢筋网进行三维探测成为可能.     

非均匀结构超材料天线罩的研究

提出了一种非均匀排列超材料结构.通过理论计算,该结构在Ku频段内的等效相对介电常数可以控制在0到1之间.该结构可用于天线罩提高天线的增益.分别对单个微带天线、2×2微带阵列天线、4×4微带阵列天线3种情况加载超材料天线罩的效果进行仿真.仿真结果表明:超材料天线罩对提高天线及天线阵增益的效果随着天线单元数的增加而减弱,如单个微带天线增益可提高6dB,而4×4微带阵列天线增益的提高只有1.6dB.     

基于基片集成脊波导的缝隙阵列天线的仿真与实验研究

为了降低缝隙天线阵列的重量和体积,提出了基于介质集成脊波导的缝隙阵列天线。专门设计了一种渐变微带线与介质集成脊波导的过渡结构,使得天线可以使用SMA接头进行馈电。在CST Microwave Studio软件中建立了工作于C波段的介质集成脊波导4缝天线阵列模型并进行了仿真分析,并使用仿真数据建立了天线的等效磁流阵列模型,很好地解释了天线的辐射特性。仿真与实验结果表明,4缝天线具有10.8%的阻抗带宽(4.4~4.9 GHz),带内增益为8.5 d Bi。天线为印刷型结构,具有剖面低、重量轻、易于集成、带宽较宽及增益较高的特点,可以广泛应用在相应频段的通信设备中。     

Performance Evaluation of a Four-Element Antenna Array with Selection Circuits for Adaptive MIMO Systems

Reconfigurable antenna arrays increase the flexibility of adaptive MIMO systems. At present, most designs have adopted antenna arrays with reconfigurable elements. However, antenna selection is also an effective method, which has not been fully investigated. In this paper, the potential benefits of a four-element antenna array with selection circuits in the UMTS band (1920–2170 MHz) are explored. The array has eight pin-diodes embedded in the feeding network to select any sub-set of elements. For evaluation, an adaptive MIMO system was set up and a measurement campaign was taken in an indoor multi-path environment. The measurements were performed over a 300 MHz bandwidth centered at 2.05 GHz, covering the UMTS band. The results show that different channel conditions prefer different antenna array configurations. Therefore, in varying channel conditions the antenna array can support antenna selection algorithms to select the best sub-set of elements to increase channel capacity.