偶极子对激发的宽带平面端射高增益天线

文中提出了一款单向辐射特性的微带缝隙结构双偶极子宽带天线。该天线由阶梯型缝隙结构、共面双偶极子和5组引向器构成。阶梯型缝隙结构用于改善阻抗匹配,拓展了天线的带宽;共面双偶极子改善了天线的辐射特性;引向器提高了天线的增益。仿真和实测表明,该天线的相对带宽为66.4%(5.78 GHz~11.53 GHz),带内前后比为15.7 dB~27.4 dB、增益为8.4 dBi~11.9 dBi,并且天线的交叉极化低、辐射方向图稳定。该天线的良好性能使其在无线通信和雷达领域的应用具有极强的吸引力。

对称谐振式甚低频发/接磁电天线耦合性能研究

甚低频段由于低传播损耗特性,在远距离信号传输及军事通信方面有巨大潜力。传统天线庞大物理尺寸以及复杂网络匹配限制了低频天线通信的发展。磁电(ME)天线基于声波谐振原理可以突破尺寸极限且易于阻抗匹配,在甚低频段传输具有独特优势。基于此设计了P/T/P结构的发射天线和T/P/T结构的接收天线组成的新型ME天线系统。依据磁机电耦合模型分析天线在接收/发射电磁波时的规律;依据辐射模型研究近场范围内天线磁场分布情况;以声波介导激励,实现ME天线在甚低频段的发/收通信实验。实验得到在谐振频率下,ME发射/接收天线在压电占比分别在0.66, 0.34时,结构优化前较于优化后输出电压提升82.6%,通信距离提升42.2%;相较于同等尺寸电小天线辐射效率提高3个数量级;可实现传输速率为5bit/s的调制通信,依据结构优化实现了天线性能的提升。

电磁波极化转换虚拟仿真实验教学探究

利用全波电磁仿真软件(CST)对电磁波极化转换进行虚拟仿真实验教学。相较于传统的双折射率各向异性材料电磁波极化转换器,基于超表面的电磁波极化转换器具有设计灵活、厚度薄和带宽宽等优点。通过系统介绍电磁波极化转换原理、超表面单元与阵列设计、电磁波极化转换中电场与电流分布,使得学生能够形象直观理解电磁波极化的概念,掌握电磁全波仿真的基本方法与流程。

毫米波超宽带阵列天线设计

针对传统微带天线在5G毫米波频段的应用过程中无法做到对其频段进行全覆盖的问题,设计了一款应用于5G毫米波频段的超宽带矩形微带天线。该天线通过在传统辐射贴片上刻蚀非对称的矩形凹槽以增加贴片表面的电流流经路径从而拓展天线带宽。同时,为了提高天线增益也进行了1×2阵列天线设计,并在两天线单元之间的接地板上添加T型枝节以降低彼此之间的耦合。通过仿真软件得到设计的阵列天线低于-10 dB的阻抗带宽为19.95~42.45 GHz,相对带宽达到72.1%,在工作带宽内隔离度不大于-20 dB,最大增益为5.54 dBi。

微带天线设计及在局部放电检测中的应用

电气设备的局部放电既是绝缘劣化的主要因素,又是有效表征绝缘缺陷的重要参量。对局部放电进行准确检测,可以及时发现危及设备安全的潜在故障。特高频检测具有实时性好、抗干扰强的优势,在放电检测中应用广泛,但现有微带天线传感器受结构尺寸限制,工作带宽难以提高。本文采用部分接地板技术结合斜切式曲流技术改善结构,综合考虑天线尺寸与工作带宽的非线性关系优化尺寸,在保持天线面积不变的前提下扩展工作带宽,并以聚酰亚胺为基底研制了新型微带天线传感器。针对尺寸优化过程中存在的单尺寸参数调整导致天线性能不稳定的问题,提出利用径向基(RBF)神经网络建立多尺寸与工作带宽之间的关系模型,运用改进白鲸优化(IBWO)算法优化天线尺寸。仿真结果表明新型柔性微带天线尺寸缩小了59.59%;工作带宽由0.598~0.6 GHz增加到0.3~3 GHz,完全满足局部放电检测的应用需求。通过模拟局部放电检测试验,并与阿基米德螺旋天线、立体螺旋天线进行比较测试,结果显示新型柔性微带天线具有更高效的检测性能。

辐射零点可控的平面滤波贴片天线

为满足射频前端器件集成化和多功能化的需求,设计了一款适用于WLAN 5 GHz波段的辐射零点可控的平面滤波贴片天线。该天线以同轴探针馈电的微带贴片天线为原型,上表面是由融合共生带和矩形槽的金属辐射贴片,下表面试接地面。其中共生条带位于辐射贴片的宽边两侧,矩形槽蚀刻在辐射贴片上,位于同轴馈电点两侧。两种结构分别在通带的低频和高频处各引入一个辐射零点,天线实现了的滤波响应和良好的辐射特性,同时两个辐射零点的位置自由可控,提高了设计的灵活度。仿真与测试结果表明:滤波天线的中心频率为5.25 GHz,相对带宽为14%(4.89~5.62 GHz),两个辐射零点分别位于4.55和6.05 GHz处;工作通带内增益平缓,平均增益约为7 dBi,通带外抑制水平大于19 dBi,测试与仿真结果较为一致。该滤波天线的设计未引入额外的滤波器网络,节省了天线的整体尺寸,且剖面低、重量轻、结构紧凑,具有良好的滤波和辐射性能。

一种用于射频识别阅读器的双频宽带圆极化天线

该文设计了一种紧凑的用作射频识别(RFID)阅读器的双频宽带圆极化天线。天线由弯折处理的矩形贴片、L形贴片和三角形地板构成,通过微带线进行馈电。两个辐射贴片分别独立控制高低两个频段,其轴比带宽也可独立调整,三角形地板可以使横向电流和纵向电流发生变化,从而改变横向电流和纵向电流的比值大小,实现圆极化性能。天线尺寸为0.92λ_(0)×0.92λ_(0)×0.0064λ_(0)(λ_(0)为2.40 GHz时的自由空间波长)。测试结果表明在超高频(UHF)频段该天线实现了49%(0.77~1.27 GHz)的阻抗带宽和46%(0.84~1.34 GHz)的轴比带宽,在无线局域网(WLAN)频段实现了47.5%(1.54~2.50 GHz)的阻抗带宽和24.2%(1.96~2.50 GHz)的轴比带宽,可以完整覆盖UHF和WLAN两个频段,具有良好的辐射特性。与其他双频圆极化天线相比,该天线整体结构紧凑、设计简单、避免了使用复杂的馈电网络,且具有较宽的3 dB轴比带宽。

加载超表面的双频紧凑高隔离阵列天线设计

为了减小极小距离多输入多输出(multiple-input multiple-output,MIMO)天线之间的相互耦合,设计了一种极紧凑的高隔离度的双频MIMO贴片天线,谐振频率分别为2.45 GHz和3.5 GHz。该MIMO天线由两个对称的双层U型槽贴片天线组成,其中边与边的距离为0.5 mm(0.004λ_(0),λ_(0)为中心频率2.45 GHz时的自由空间波长)。利用不同宽度的双层金属线切割对作为超表面单元,该超表面体积紧凑,可以显著降低天线单元之间的相互耦合。仿真和测量结果表明:在天线工作频段2.4~2.5 GHz和3.4~3.6 GHz范围内,单元间的隔离度可以提高到30 dB以上,并且两个天线端口阻抗匹配良好,同时在低频段的总效率提高了9%左右;两天线间的包络相关系数(envelop correlation coefficient,ECC)在2.45 GHz时由0.33降到0.01,在3.5 GHz时由0.09降到0.006,所设计天线具有良好的辐射性能。

一种和差波束可重构的微带贴片天线

本文设计了一种工作在TM03模式的单层方形和差波束可重构的开槽微带贴片天线。该天线由同轴探针馈电,没有复杂的和差网络和馈电结构。顶层辐射贴片上三个平行排布的矩形槽用于和波束方向图的旁瓣降低和增益增强。槽两侧的八个金属过孔用于产生差波束。底层金属地上设计了简单的二极管开关控制电路用于实现和波束与差波束的切换。测试结果表明,该和差波束天线的中心工作频率为3.53 GHz,-10 dB阻抗带宽为1.4%,和波束的增益为11.35 dBi,旁瓣电平为-22.9 dB,半功率波束宽度为45°,差波束的增益为9.62 dBi,零深深度为-17.95 dB。本文提出的和差波束可重构微带贴片天线结构紧凑,低剖面、高增益,且具有良好的辐射特性,易于在PCB板上与其他平面电路集成。

超表面宽带天线的仿真与设计

仿真设计了一款基于超表面的宽带贴片天线,通过在矩形辐射贴片上刻蚀“工”字型缝隙展宽了天线的带宽,在不改变天线尺寸和工作频段的基础上,距离天线介质基板为H的正上方加载了5×5正方形单元结构组成的单层超表面,改善了天线的阻抗匹配,提高了天线的增益。仿真结果显示,该天线的工作频段为4.7~7.9 GHz,带宽为3.2 GHz,实现了宽带化,在工作频段内辐射方向稳定,最大增益达到了6.83 dBi。

宽带片式有源阵列设计

针对多功能应用需求,提出一种宽带片式有源阵列的解决方案。有源阵列包含8个有源子阵,为了实现高集成、可扩展、低剖面设计,有源子阵采用三层片式架构,天线单元、T/R组件及延时多功能模块之间采用垂直互连。天线单元层、T/R组件层以及延时多功能模块层均依托冷板进行装配,外部电源及控制通过延时多功能模块分配到T/R组件。测试结果表明:在瞬时带宽4 GHz、±45°扫描范围内,通过全时延补偿实现波束指向偏差接近1/10波束宽度。

小型化超宽带3 dB定向耦合器设计

设计并实现了一个小型化超宽带3 dB定向耦合器,采用对称多节耦合带状线的形式,由一个十七阶耦合器和一个五阶耦合器交叉串联构成,并通过采用弯折线,缩减了整体尺寸,可实现13:1倍频程的工作带宽。测试结果表明,在0.2~2.65 GHz频率范围内,电压驻波比小于1.35,隔离度小于-17 dB,带内波动为-3.4±0.6 dB,能够实现90°相移。

声波式机械天线的谐振频率调控方法

声波式机械天线作为机械天线的重要类型之一,其谐振频率与固有频率高度耦合,而目前声波式机械天线受到材料尺寸限制,谐振频率较高,无法满足甚低频或更低频段的需求。为调控声波式机械天线的谐振频率,对声波式机械天线进行了振动建模,提出了增加单边固定约束、增加自由端质量和去除天线部分材料三种方法,并通过有限元仿真对所提方法进行了验证。结果表明,三种方法均能有效调控声波式机械天线的谐振频率,且与解析模型具有良好的一致性。通过应力分布研究了三种调控谐振频率方法对天线辐射的电场强度或磁场强度的影响,对声波式机械天线的设计具有重要参考意义。

基于VOD-YOLOv5的车辆检测算法研究

针对现有的深度学习车辆目标检测算法检测效率和检测精度不高的问题,提出了基于YOLOv5模型的VOD-YOLOv5(Vehicle Object Detection-YOLOv5)的车辆目标检测算法。采用新型的轻量级卷积神经模块(c3f)提升网络的特征提取能力;引入Coord Conv代替原模型中的普通卷积模块增强对位置信息的感知能力;融入空间和通道融合的注意力机制Shuffle Attention,提升对模糊图像中小目标的检测精度。在UA-DETRAC车辆检测数据集上的实验结果表明,和原YOLOv5模型相比,VOD-YOLOv5模型的平均准确率均值(mean Average Precision,mAP)约提升了3.42%,对不同目标类检测的平均准确率(Average Precision,AP)均有提升,且检测速度满足实时性需求。

应用SRR/CSRR去耦的毫米波MIMO天线

根据目前无线通信系统的发展趋势,为了大幅度地提高通信效率,针对Ka波段,设计了一款基于开口谐振环和互补开口谐振环的低耦合多输入多输出天线。天线整体尺寸为40 mm×25 mm×1.2 mm。首先,该天线正面由带有空心圆的椭圆形辐射贴片、梯形微带馈线及开口谐振环组成,保证天线工作在Ka波段(26~40 GHz)。其次,该天线背面为刻蚀互补开口谐振环结构的矩形接地板,可以有效地达到去耦的目的,从而实现低耦合的效果。仿真与实测结果表明:工作带宽为26~40 GHz(相对带宽达到50%),回波损耗小于-10 dB,耦合度均小于-26 dB,包络相关系数小于0.001,辐射方向图良好,增益稳定,辐射效率较高。由此,所设计的天线不仅结构简单、尺寸紧凑、频率覆盖范围广,且各项性能占优,可广泛应用于5G毫米波相关领域。综上,应用SRR/CSRR的技术使毫米波MIMO天线的互耦度得到了降低,验证了SRR/CSRR技术作为一种新型去耦技术的可行性和有效性。

一种紧凑型低耦合超宽带MIMO天线设计

针对目前超宽带多输入多输出(ultra wideband multiple-input multiple-output,UWB-MIMO)天线存在尺寸大、隔离度低等不足,设计了一款紧凑型高隔离度UWB-MIMO天线。天线正面由“花瓶”形辐射贴片与阶梯形微带馈线组合而成,背面是具有切角的矩形接地板。通过对矩形辐射贴片对称切角、对接地板刻蚀矩形槽,实现天线的宽带化;通过在介质基板正反两面分别加载“鱼骨”形和改进对称“Y”形去耦枝节,实现天线的高隔离度。仿真与实测结果表明:天线尺寸较小,仅有22 mm×29 mm×0.8 mm,最终工作带宽可达1.5~18 GHz(相对带宽为169%),带内隔离度均高于17 dB,包络相关系数小于0.02。天线辐射性能良好且结构简单紧凑,可以很好地应用于UWB-MIMO无线通信系统中。

基于MOEA/D算法的三陷波超宽带天线设计

为实现超宽带通信中对WIMAX(3.3~3.7 GHz)、WLAN(5.150~5.825 GHz)和ITU(8.01~8.50 GHz)频段干扰的抑制,提出了一种基于MOEA/D算法优化设计的具有三陷波特性的超宽带天线。天线采用T形结构作为辐射贴片,通过改变贴片形状等方法实现在3~12 GHz的超宽带。在辐射贴片上刻蚀两个U形缝隙和在传输线两侧加载C形开口环,对天线进行陷波设计。利用MOEA/D算法对陷波结构的结构参数和加载位置进行优化,实现了在3.31~3.69 GHz、5.25~6.13 GHz和8.01~8.51 GHz频段的陷波效果,成功抑制了频段干扰。与传统扫频优化的设计方法相比,采用MOEA/D算法设计的天线在陷波频带内增益低至-19 dB,各陷波频带准确度误差均在3.6%以下,提高了天线的设计效率,具有一定的工程应用价值。

一种宽带圆极化缝隙天线的研究与设计

设计了一种结构简单的宽带圆极化缝隙天线,由单层介质基板和两层金属构成,覆盖WiMAX、WLAN和5G通信的sub6 GHz频段。通过在方形缝隙拐角处分别添加两个矩形贴片和一个倒L枝节,实现宽带圆极化辐射。天线采用微带耦合馈电的方式,通过调整T形微带馈线的长度和矩形贴片的宽度,进一步展宽了天线的带宽。测试结果表明,天线的−10 dB阻抗带宽为1.91~7.14 GHz,轴比带宽为2.5~6.3 GHz,相对轴比带宽为86.4%,峰值增益在5.5 GHz处达到5.5 dBic。

具有四陷波特性的小型化超宽带天线设计

为避免通信过程中所存在的窄带通信频段的干扰,提出一款具有小型化四陷波特性的超宽带(ultrawideband,UWB)天线。该天线的辐射贴片采用半圆与矩形构成的特殊图形,并进行切角,在接地板的改进中采用可以有效扩展该天线在高频带宽的阶梯型结构。为了达到小型化以及四陷波特性,在尺寸仅为19.5 mm×18 mm×1.6mm的天线的辐射贴片上进行陷波处理。仿真表明:此天线在4.1~4.5 GHz、4.9~5.85 GHz、7.15~7.75 GHz、以及7.96~8.55 GHz的频段回波损耗大于-10 dB,能够有效抑制数字微波通信频段波段、WLAN波段、X波段以及国际电信联盟波段对于信号传输的干扰,陷波后天线工作带宽达到3.5~10.6 GHz,可以广泛投入到UWB通信的应用,且陷波特性良好,四陷波特性也扩大了通信应用的领域,可以满足多种超宽带通信系统的应用。

基于脊间隙波导的低副瓣多波束阵列天线设计

为了克服毫米波频段传统多波束阵列天线损耗高、效率低以及等幅激励情况下副瓣电平较高的问题,该文提出了一种基于间隙波导技术的低副瓣多波束阵列天线设计方法。首先,设计了基于巴特勒矩阵的双层多波束馈电网络拓扑结构,将传统巴特勒矩阵的4个输出端口与不等功分器相连,拓展为8个输出端口,实现输出功率的重新分配,以达到低副瓣设计的目的。接着,设计了基于脊间隙波导的双层和单层定向耦合器、交叉结和不等功分器,完成了低副瓣多波束阵列天线的整体设计。最后,进行了天线实物加工和测试,测试与仿真结果较为吻合,副瓣电平得到了有效降低,验证了所提出的低副瓣多波束阵列天线的性能。