基于超表面的极化可重构天线设计

设计了一种应用于WiMAX频段的极化可重构天线。天线由交叠放置的两个方环构成的“8”字形超表面和缝隙天线两部分组成,通过机械旋转超表面实现了线极化（LP）、左旋圆极化（LHCP）以及右旋圆极化（RHCP）三种状态的转换。仿真和测量结果表明,该天线实现了线极化和圆极化之间的转换,圆极化状态下的-10 dB相对阻抗带宽为35.4%(2.84 GHz～4.06 GHz),3 dB轴比带宽为10.2%(3.34 GHz～3.7 GHz);线极化状态下-10 dB阻抗带宽为37.4%(2.74 GHz～4 GHz)。天线具有较好的辐射特性,工作频段内增益均高于6 dBi。     

基片集成波导背腔式缝隙天线设计

利用谐振腔形成对称场激励,设计实现了一种基于多层基片集成波导技术的背腔式缝隙天线,并对其辐射特性进行了仿真研究。该天线利用双层基片集成波导实现了天线的馈电电路和背腔结构,利用工作于谐振状态的基片集成波导谐振腔对缝隙进行激励,同时通过加载缝隙圆环,显著降低了天线的回波损耗,并具有剖面低、重量轻、易集成的优点。研究了缝隙圆环对天线辐射性能的改善作用,制成了测试样片,天线-10dB回波损耗的带宽为150MHz,最高增益为8dB,交叉极化增益的最高为-12dB,测量结果与仿真分析吻合较好,验证了设计方法的有效性。     

一种低剖面带宽增强型基片集成波导背腔缝隙天线

本文在基片集成波导腔体结构的基础上,结合共地共面波导结构,提出了一种低剖面带宽增强型背腔缝隙天线.本天线兼具传统金属波导缝隙天线辐射效率高、功率容量大以及传统微带缝隙天线体积较小的优点,同时还具有了低剖面、重量轻、易于与平面电路集成的特点.仿真结果显示,该天线中心工作频率为5.8GHz,最大增益6.9dBi,相对带宽2.25％,完全覆盖5.8GHz频段,适用于RFID应用.     

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.     

对一种双波带可重构频率选择表面的简化

分析了一种加载PIN二极管的可重构频率选择表面[1]的谐振特性,在保证其谐振特性不变的情况下提出了一种简化结构,并通过CST仿真和等效电路的方法对其进行了验证.与原有设计相比,该简化结构节省了制作成本,易于设计等效电路,同时也对频率选择表面的小型化设计具有重要启发.     

超表面的极化可重构天线

设计了一种基于超表面的极化可重构天线,该天线由缝隙微带天线及上层超表面组成。通过旋转改变超表面与缝隙微带天线相对位置,能够实现线极化、右旋圆极化、左旋圆极化等不同的极化工作方式。该天线在圆极化状态时,相对阻抗带宽达到32%,右旋和左旋圆极化时3dB轴比带宽均可达到14%;线极化状态时,相对阻抗带宽均可达到10%以上。为了验证仿真结果的有效性进行了天线实物的加工和测试,实测结果与仿真结果吻合较好,进一步验证了该天线具有良好极化可重构特性。     

用于地面电视接收的频率可重构倒F天线设计

结合倒F天线和可重构天线的优点设计一个用于中国移动多媒体广播的频率可重构的倒F天线。天线使用微波PIN二极管和变容二极管来实现频率可重构功能。测试结果说明本文设计的天线在450-800MHZ频率范围内,反射系数<-10dB的工作频率是连续可调的,结果同时说明在整个频率范围内不同工作频率下辐射方向图近似全向辐射且方向图比较稳定。     

基于LTCC的SIW双频滤波器设计

设计了一种基于低温共烧陶瓷的三层基片集成波导双频带通滤波器,并通过全波仿真软件Ansoft HFSS对其建立模型仿真。该滤波器具有频率选择性好、体积小、集成度高和易于加工等优点,具有较好的实际工程应用价值。     

基于介质谐振器的微流体频率可重构准八木天线

针对天线频率可调技术提出并实现了一种基于矩形介质谐振器(dielectric resonator, DR)的微流体频率可重构准八木天线。把工作在高阶TE_3δ1模式下的介质谐振器用作磁偶极子,作为准八木天线的驱动器,从而实现高增益。根据TE_3δ1模式的电场分布,选择在电场密度强的位置用4个空气孔穿透介质谐振器来加载特氟龙管,以增强频率调谐能力。通过依次向管内注入蒸馏水,可以有效地调节介质谐振器的有效介电常数从而实现频率跳变。测试结果表明,得益于采用了高阶TE_3δ1模式,在没有加载引向器的情况下天线仍具有较高的增益(大于8.7 dBi),同时保持了介质谐振器天线的高辐射效率特点。     

基于CSRR的SIW和HMSIW小型化滤波器设计

为了实现滤波器的小型化,通过在基片集成波导(SIW)和半模基片集成波导(HMSIW)上表面加载互补开口谐振环(CSRR)可以降低原来的截止频率,并分析了CSRR参数变化与单元个数对传输性能的影响,从而设计了小型化的CSRR-SIW和CSRR-HMSIW滤波器。测量结果显示HMSIW滤波器的相对带宽是SIW滤波器的3倍以上,约为10.24%,而有效电路面积仅为SIW滤波器的一半,为31.8×11.3mm2。测量结果与仿真结果基本吻合,验证了滤波器设计的有效性,2种滤波器可以广泛应用于微波毫米波系统中。     

室外2.4GHz背腔式缝隙天线的设计

为了解决单极子天线不适合室外使用的问题,设计了一种适合无线终端使用的2.4GHz背腔式缝隙天线.借助数值模型结合具体设计,计算出了背腔深度的理论值,创新性的使用波导内电波传播模型分析了天线背腔深度对天线辐射的影响;利用基于有限元法的HFSS对影响天线性能的缝隙长度、背腔深度和馈电位置等参数进行了参数扫描,确定了天线的设计参数;根据仿真结果做出了实物,并进行了测试,实测与仿真结果吻合.实测结果表明:该天线在频段2.35~2.53GHz内,S11系数小于-10dB.相比普通单极子天线,设计的背腔式缝隙天线阻抗匹配性能更好,更适宜于室外环境.     

基于矩形槽切换的宽带平面方向图可重构天线

针对阵列天线频带窄的缺点,在参差调谐法的基础上,通过在有源单元上引入开关可控矩形槽的方法,使天线工作在两个相邻的频带,从而达到天线总体带宽的展宽。根据该类型天线单元的谐振特性,研究了开关可控矩形槽展宽频带的原理,并设计了引入矩形槽的平面方向图可重构天线。实验结果表明:该天线可以工作在频率范围为2.21～2.49GHz的频段上,-10dB下的相对带宽约为11.6%,比采用参差调谐法进一步展宽了天线带宽,实现了天线方向图的可重构。     

RFID标签用缝隙天线分析与设计

分析了缝隙弯折次数、高度、位置、宽度和缝隙平片大小对缝隙天线谐振特性的影响.仿真结果显示,缝隙的弯折次数和高度对其谐振频率影响显著.最后,提出了一款UHF射频识别标签用的缝隙天线,制作了相应的实物天线.仿真与测试结果说明所设计的天线基本满足RFID标签应用要求.     

基片集成波导混合金属膜片滤波器的设计

采用模式匹配法优化设计了单双混合金属膜片波导带通滤波器,并利用基片集成波导和普通矩形波导之间的转换公式,将普通波导滤波器改用基片集成波导结构来实现.滤波器采用单双E面膜片相结合的混合型结构,不仅降低了双膜片滤波器的加工复杂度,同时保持了双膜片滤波器的高端阻带抑制好的特性.此类滤波器结构简单、成本低廉,便于加工,适合批量生产.实验和仿真结果验证了模式匹配法的精确性和经验公式的可靠性.     

Ku波段波导混合缝隙阵列全向天线的设计与实现

研究并设计了一个工作在Ku波段的波导混合缝隙阵列全向天线.利用电磁仿真软件CST进行仿真设计,采用边馈形式,通过同时对波导的宽边和窄边开缝进行缝隙天线阵列设计,使设计的Ku波段的波导混合缝隙阵列全向天线具有良好的匹配、较高的增益和较好的不圆度,并对设计的天线进行实际加工制造、调试,最终仿真与实测结果能够较好地吻合.     

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.     

X波段柱面共形基片集成波导纵向缝隙天线阵的实验

利用基片集成波导SIW(substrate integrated waveguide)技术设计了一款X波段柱面共形的SIW纵向缝隙谐振天线阵.通过分析柱面共形的SIW的传输特性,沿用传统矩形波导谐振缝隙天线阵的设计方法,设计了柱面共形的SIW纵向缝隙谐振天线阵.该天线具有传统的矩形波导缝隙天线阵主瓣宽度窄、方向图可以赋形、交叉极化电平低等优异特性,同时实现了天线的小型化、轻型化.由于基片集成波导完全集成于介质基片中,使得天线与平面电路的馈电连接变得非常简单,可以用微带直接馈电,减少了中间馈电电缆以及馈电转接头的损耗,从而使天线和平面电路的集成也成为可能.实验结果验证了这种设计方法的正确性.     

双频槽式水平全向天线的设计与分析

为了满足移动通信室内基站和小区美化的需求,文中根据槽式天线理论、几何绕射理论和旋转场理论设计了一种双频槽式水平全向天线.该天线由4个宽频带槽式天线、双锥赋形反射器和功分器组成,天线有效压缩垂直面的辐射方向图,从而提高天线的增益.实验结果表明,该天线有较佳的辐射特性和较高的增益,能满足宽带、双频、多频无线通信的需求,并对工程上设计水平全向天线有一定的指导意义.     

超高频RFID读写器天线的设计与仿真

基于RFID系统对天线的要求,针对单馈电微带天线回波损耗和轴比之间的矛盾,利用理论计算和Ansoft HFSS软件仿真优化的方法设计出了一种用于RFID读写器的新型超高频圆极化微带天线.该天线采用背馈的方法,相对于侧馈有效地减小了天线的尺寸.为实现良好的圆极化性能,该天线利用空气作为介质层.并且采用非对称矩形切角,相对于当前普遍采用的对称等腰直角三角形切角更容易加工和调整.经过仿真分析得出了各种参数的曲线图,验证了该天线的优越性能.     

一种低剖面频率可重构天线的设计与研究

针对目前频率可重构天线存在的尺寸较大、频率可调范围不足、带宽窄且难以同时覆盖5G/WiMAX/WLAN等常用频段的问题,提出一种结构新颖的频率可重构天线,共有3种工作状态,可分别工作在5G/WiMAX/WLAN频段,天线的尺寸仅为26 mm×32 mm×1 mm,更加适合用于小型移动通信设备。该天线通过结合一个新的辐射贴片元件以及开槽和开关来实现天线不同工作模式的切换。整体结构可分为微带贴片天线和直流偏置电路2部分,直流偏置电路由4个二极管构成的2组开关SW1、SW2和直流偏置线组成,通过对SW1和SW2的控制,天线可以在宽带和2种双频状态下工作,宽带工作频段为3.04~5.54 GHz,一种双频工作频段分别为2.86~3.50 GHz、5.09~6.17 GHz,另一种双频工作频段分别为2.98~3.84 GHz、4.61~5.88 GHz。对天线模型实物加工并进行了实测。优化测试表明,天线可以在宽带模式和2个双频工作模式下正常工作,且天线的可重构特性使其能在5G/WiMAX/WLAN不同通信频段下切换工作模式,适合用于5G/WiMAX/WLAN信号源聚集的复杂通信环境。