利用介质加载调相实现毫米波有源发射天线

提出了利用有源电路和介质加载微带线调相技术提高毫米波微带阵列天线增益的方法,设计并实现了一个具有高增益的有源毫米波微带天线阵列.该阵列天线由4个子阵组成,每个子阵有64个微带贴片单元,分别由紧凑的混合毫米波功率放大器馈电.通道间的相位在补偿后的不一致性小于10°时,所实现的毫米波微带阵列天线的增益达30 dB,从而验证了该方法的有效性.     

基于微波网络理论的L波段高增益阵列天线设计

本文基于微波网络理论,分别设计了4单元和16单元的两款L波段阵列天线,应用于气象探空仪的接收部分,使接收部分的天线平面化及小型化。应用微波网络散射矩阵理论将天线单元之间的耦合效应、每个天线单元的幅度和相位等因素进行综合考虑,得到高增益阵列天线馈电网络。所设计的阵列天线的仿真、测试特性一致,而且在1.68 GHz处,4单元和16单元阵列天线最大实测增益分别为10.4 dBi、15.6 dBi。这两款阵列天线性能达到设计要求,可应用于气象探测领域。     

低副瓣边馈微带天线阵列设计

在实际应用中要求微带天线具备高增益、低副瓣、波束控制等特性。基于角馈方形微带贴片阵列天线的理论分析,采用中心短路、边缘馈电的方式设计了低副瓣ku波段单脉冲微带平面天线阵列。经测试所设计的10×10单元单脉冲微带天线阵的副瓣电平达到了-19.5dB。结果证明该设计方法对高增益单脉冲天线设计是有效可行的。     

基于左手特性的异向介质可调谐天线设计

设计了一款新型的基于异向介质的可调谐天线.通过在传统环氧板(FR4)介质基底上加载分裂谐振环阵列的方法,使介质在5.2～7.7GHz频段呈现左手特性.该设计改善了传统贴片天线体积大、工作频带窄、增益较低等缺点,并能通过改变分裂谐振环阶数调节天线的中心频率.利用高频仿真软件HFSS对所设计的天线进行了仿真,研究了天线参数与阵列间隙尺寸及阵列阶数的关系,并对天线进行了优化设计.仿真结果表明,该设计可以有效减小天线尺寸,降低回波损耗和增加工作带宽,并实现了天线的可调谐设计.     

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。     

新型微带反射阵列天线单元设计与研究

采用单层方环和圆贴片的复合结构作为微带平面反射阵列天线的单元,利用Ansfot HFSS仿真软件分析了单元的相移特性,并以此为阵元设计仿真了一个X波段49单元微带反射阵列天线。仿真结果显示,在中心频率10 GHz处,阵列天线的增益达到19.5 dB。在(8.5—11.5)GHz的频带上增益跌落小于3 dB,半功率波瓣宽度为13°,实现了高增益和宽频带性能。     

基于辐射散射一体化技术的低RCS贴片天线阵列设计

提出并设计了一种基于辐射散射一体化技术的4×4低RCS贴片天线阵列,该阵列由2种辐射特性相似、反射相位相差180°的天线单元组成。利用遗传算法优化得到散射场在各方向均匀分布的非周期阵列结构,有效减小了天线阵的峰值RCS。仿真结果表明:天线阵列的增益在16dBi以上;法线方向x极化波照射时,单站RCS减缩频带为8～15.9GHz,最大减缩量为17.1dB;y极化波照射时,单站RCS减缩频带为9.5～16GHz,最大减缩量为13.1dB。测试结果与仿真拟合较好。该阵列集超材料和贴片天线于一体,利用天线单元自身相位差有效降低了其RCS值,为降低天线阵列RCS提供了一种新的方法。     

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.     

一种高性能Ku喇叭阵列天线的设计

Ku波段已经成为卫星通信一个主要的工作频段。设计了一种高效率的喇叭天线单元,通过插损较小的空气带状线进行组阵减小阵列厚度;通过180度倒相馈电形式对相邻单元进行馈电,减小了天线极化之间的耦合,改善了天线的交叉极化隔离度性能。结果表明该天线阵列增益效率高,天线整体厚度较小,交叉极化隔离度高,是实现平板阵列天线的理想形式。     

X波段Vivaldi天线阵列互耦研究

利用有源方向图法对X波段Vivaldi天线阵列互耦问题进行了分析,提出了加载DGS结构的Vivaldi天线阵的去耦方法,分析了互耦对阵列天线方向图增益、波束宽度、副瓣电平等特性的影响.理论分析和仿真结果表明,该方法可以有效地减小Vivaldi天线阵列的耦合,对天线阵列设计有一定的实用价值.     

基于相位控制超构表面的OAM 阵列天线RCS减缩研究

设计了一款基于相位控制超构表面的低雷达散射截面(RCS)轨道角动量（OAM）阵列天线，该天线由四元缝隙耦合微带天线组成，通过馈电网络为各单元馈送幅度值相等，相位值依次为0°、90°、180°、270°的激励，实现了1模态的OAM辐射效果。根据相位相消减缩RCS的原理，以2种人工磁导体单元为基础，构建了超构表面，以棋盘布阵的形式加载到阵列天线周围，实现了天线RCS的有效减缩。仿真结果表明：阵列天线的工作带宽为4.22~5.16 GHz，增益为8.91 dBi；阵列天线在5.3~7.0 GHz实现了8 dB的RCS减缩，在5.35~6.05 GHz实现了10 dB的RCS减缩。     

基于HFSS的4元平面微带阵列天线的设计

以微带阵列天线的空腔模型分析法为基础,完成了LS波段的4元线极化微带阵列天线的设计。利用HFSS仿真软件构建了阵列天线的物理模型．利用HFSS宏定义优化了天线的尺寸参数．通过数据后处理得出了驻波比、反射系数、增益方向图和电场方向图等曲线。仿真设计结果表明．该4元微带阵列天线各项性能良好,满足天线工程的需要。     

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.     

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%.     

一种用于产生OAM波束的集成圆极化天线阵列

提出了一种在S波段内产生轨道角动量(OAM)波束的集成圆极化微带天线阵列.天线采用同轴馈电的方式.为了获得良好的圆极化特性,利用CST软件对天线结构参数进行了仿真优化分析,最终确定天线整体尺寸为0.416λ_0×0.416λ_0×0.026λ_0,3-dB轴比带宽为3.79～3.85 GHz,S_(11)-10 dB的工作带宽为3.74～3.96 GHz.该天线结构简单紧凑,易于实现.天线阵列由6个相同的圆极化天线组成,相邻阵列单元沿顺时针方向旋转60°,通过仿真和实验结果得知,在对阵元进行等幅、等相位的馈电的条件下,该天线阵列能够产生模态l=-1的OAM波束,这能够有效避免复杂馈电网络结构的设计.     

高敏感度微机械陀螺阵列的设计

提出了一种新型的四自由度陀螺设计方式,结构设计基于科罗奥利效应采用多敏感模态振动单元组合阵列的形式.与传统二自由度陀螺比较,该陀螺阵列在提高增益的同时保持了本身具有的鲁棒性.在四自由度陀螺的设计中,两个具备固有中心频率差值的完全二自由度振动单元被应用在敏感模态中.通过设定中心频率差值,综合考虑了提高陀螺敏感度和稳定性的因素.陀螺阵列通过联合两个敏感模态振动单元的输出,达到提高敏感模态增益和增强系统敏感度的目的.仿真结果表明:与单个敏感模态振动单元相比,陀螺阵列的增益增加了8dB;而且在敏感模态和驱动模态分别产生了220和160Hz范围内的3dB带宽;两个模态的带宽彼此高度匹配,并且为整个系统提供了160Hz的带宽.陀螺阵列对于结构参数的变化和制造误差都有很强的鲁棒性,从而说明该设计能满足实际需求.     

基于超构表面的低散射天线阵列

提出了一种将超构表面与天线阵列组合设计的方法,以同时实现高增益辐射和低背向散射功能。该超构表面由多层金属图案结构组成,对x极化入射波具有透射功能,从而能使天线辐射场低损耗透过;同时,对y极化入射波具有反射相位调制功能,通过将单元按照棋盘格或随机分布排列,可实现y极化入射波的漫散射功能,从而降低天线阵列的后向散射。仿真分析表明,所设计的低散射天线阵列峰值增益为18.8 dB,工作带宽约为12.5%。当探测波为x极化时,10 dB RCS缩减频带为9.5~10.1 GHz,覆盖天线工作频带,最大缩减值为25 dB;当探测波为y极化时,10 dB RCS缩减频带为7.8~12 GHz,最大缩减值高于35 dB。实测结果与仿真分析结果吻合良好。该低散射天线阵列利用超构表面的极化选择特性能实现透、反射功能集成设计,为低散射天线的研究提供了新的思路。     

8-18GHz的Vivaldi天线的分析与设计

本文设计了一种工作频带范围为8-18GHz的高增益Vivaldi天线阵元。通过电磁仿真软件HFSS V12.0对天线阵元的几何结构进行仿真优化,计算了天线的驻波系数、增益方向图等电性能参数。仿真结果表明该Vivaldi天线增益方向图对称性好,波束覆盖范围宽,增益高,可以很好地满足作为宽频带宽角扫描阵列单元的要求。     

FRC分形微带阵列天线研制

 基于矩量法分析FRC（fractal rectangular curve）分形天线,并用Designer 仿真软件进行验证,两者结果基本吻合,对比FRC 分形前后的性能,在驻波与辐射性能相同的情况下,FRC 分形有效减小了天线尺寸。设计32 个单元的微带阵列天线,该阵列天线采用泰勒分布、不等相馈电,实现了高增益、低副瓣的扇形波束,并使波束指向偏离法线47°。经过测试,微带阵列天线波瓣宽度为5°,副瓣低于-20 dB,交叉极化低于-20 dB,验证了矩量法的分析结果。     

基于SIR结构的毫米波汽车雷达天线阵列设计

为了提高汽车雷达天线阵列的增益,使形成窄波束辐射,设计了一款工作在24.000 GHz的阶梯阻抗谐振器(stepped impedance resonator,SIR)微带阵列天线。天线阵列采用两级低损耗T型结功率分配器和四分之一波长微带阻抗变换器馈电,将四个SIR线阵单元组成天线阵列。通过增加SIR微带贴片的数目来提高阵列天线的增益,调整SIR的尺寸以控制工作频带,利用功率分配器进行阻抗变换和波束宽度控制。天线阵列的峰值增益可达到21.67 dBi。在中心频率24.125 GHz上,XOZ面的主瓣宽度为10°,YOZ面的主瓣宽度为17°,旁瓣抑制度为11 dB。该阵列天线面积小、增益高、波束窄、旁瓣电平低、后向辐射小,适用于汽车雷达系统。