大型双板导波天线对核电磁脉冲传输损耗和畸变特性

大型导波核电磁脉冲模拟器可为系统级装备试验提供自由空间辐照环境。针对此类模拟器常用的双板导波天线可能存在的传输损耗和波形畸变问题,以电磁仿真软件和算例对比分析研究了3种主要的影响因素,包括土壤的介电损耗及其抑制、前锥板向平行板转折的结构不连续、线栅阵列代替金属板的缝隙泄漏。研究结果表明:对上下极板等宽的情形,土壤损耗可使电压传输效率降低25%以上;适当展开下极板宽度可屏蔽土壤损耗;上极板转折处的结构不连续可导致平行段试验空间内电场呈现双峰交叠、幅度降低、波形畸变等特征;最大线间距0.3 m不会导致前沿显著变化。作为工程应用案例,设计了前锥长度60 m、顶高15 m、下极板拓宽3 m、由100根线栅阵列构成上极板的导波天线,试验空间超过20 m×20 m×10 m,实现了前沿2.5~3.0 ns双指数脉冲的无损耗、无畸变传输。

加载超表面的宽带低剖面双极化交叉偶极子天线

该文提出了一种加载超表面(MetaSurface,MS)的宽带低剖面双极化交叉偶极子天线.天线由三部分结构组成:1对交叉偶极子、4个寄生贴片和超表面结构.交叉偶极子用于实现天线的双极化特性.通过在交叉偶极子上方加载寄生贴片和在偶极子臂处开槽,扩展了天线的阻抗带宽.同时将交叉偶极子下方的金属反射板替换为超表面,实现了天线的低剖面.为了提高馈电端口间的隔离度,引入了4个金属短路柱.仿真和测试结果表明,天线|S_(11)|<-10 dB的阻抗带宽为42.5%(2.26~3.48 GHz),在带宽范围内端口隔离度和交叉极化分别大于21 dB和小于-31 dB,天线的整体尺寸只有0.5λ_(0)×0.5λ_(0)×0.074λ_(0)(λ_(0)为工作频率2.9 GHz时对应的自由空间的波长).

一种等通量波束的多极化可重构天线

随着航天技术的革新,对近地轨道的通信需求逐年增高。近地轨道卫星就在此背景下产生,主要应用于遥感探测天气预报和数据通信领域。由于近地轨道卫星天线辐射波束所覆盖的地球表面是球面,因此波束通常设计为等通量形式。由于卫星通信通常存在极化失配、多径效应等问题,选择多极化而不是圆极化作为近地卫星天线的工作状态能更好地适应复杂的工作环境,保证通信质量,将等通量波束天线和多极化可重构技术结合起来有很大的应用前景。基于一对正交圆极化波能合成线极化波的设计原理,文中提出了一种具有等通量波束的多极化可重构天线,该天线由可重构馈电网络和带扼流环的隔片极化器圆波导组成。馈电网络中嵌入单刀四掷开关(SP4T)与单刀双掷开关(SP2T),通过改变开关的工作状态,馈电网络将给圆波导提供不同的馈电条件,在圆波导内隔片的作用下天线实现两种圆极化与两种线极化的可重构。通过在圆波导口引入扼流环以及波导口作“T”型开槽处理,实现波束赋形,并且保证天线在不同极化状态下辐射等通量波束。实测结果显示,天线在不同的极化状态下-15 dB重叠阻抗带宽14.7%,覆盖4.80~5.56 GHz,方向图顶部在θ为-24°~+24°范围内具有平坦效果,圆极化状态下空间轴比覆盖-51°~+50°,覆盖范围大于方向图顶部平坦范围。天线实测结果与仿真结果有较好的一致性,具有多极化和方向图顶部平坦的优势,可满足移动通信和卫星通信中多极化应用场景的需要。

具有谐波抑制功能的多极化微带天线阵设计

本文提出了一种基于切换馈电网络的极化可重构微带天线阵。阵列单元采用正方形辐射贴片,利用微带线缝隙耦合进行馈电,通过在馈电结构中心加载短路柱,可获得宽带性能的同时,有效抑制偶次谐波。综合采用串联组阵和并联组阵技术,优化设计了一款2×2的天线阵列,将阵列端口分别与微带分支线耦合器及微带混合环相连,最终实现了水平和垂直线极化,左旋和右旋圆极化四种模式的切换。实验结果表明,所提出的天线在ISM频段2.4~2.5 GHz频率范围内获得了良好的匹配和多极化特性。该天线阵设计简单、易于操作,可潜在应用于无线通信系统中天线极化分集的场合。

宽波束双频同轴共口径高精度GNSS天线设计

为了展宽高精度卫星导航定位圆极化天线波束宽度和实现天线的小型化设计,本文提出了一款轻量化、宽波束的双频同轴共口径微带贴片天线。该天线包含一个内外嵌套的双频同轴共口径辐射贴片单元、若干寄生枝节、若干金属支撑柱、4个馈电馈针以及接地板。将高、低频辐射贴片分别布设在PCB印制板的上、下表面,采用了空气作为共同的辐射介质层,从而实现了天线更低的剖面设计。此外,还将高频辐射贴片和低频辐射贴片在垂直方向进行了局部交叉设计,以及在环形低频辐射贴片外围设计了若干T型寄生短路枝节,分别形成了电容效应,进而实现了天线的小型化设计,即该天线单元尺寸仅为0.37λ×0.37λ×0.03λ。实测数据表明,该天线两个频带内最大增益均>4.5 dBi,并且在低频1.227 GHz、低仰角20°处的增益>1 dBi,在高频1.575 GHz、低仰角20°处的增益>0 dBi。因此,本文所提出的天线能够较好地满足高精度卫星导航定位终端需求。

一种小型化超宽带双极化天线

本文设计了一种小型化超宽带双极化天线。为实现小型化,Vivaldi天线设计了契合模拟能量密度波纹的拟合曲线槽缝,从而大大拓展了带宽。在未增大尺寸的同时设计了超表面透镜,在实现小型化的基础上提高了增益。将设计的单极化Vivaldi天线十字交叉镶嵌得到了最终的双极化天线。实测结果表明,双极化天线带宽为2.17 GHz~13.70 GHz,空间体积仅为0.1442λ1~3(λ1为带内最低频波长),最高增益达到12.32 dBi,隔离度大于30 dB。该天线可应用于雷达侦察系统等对极化敏感度要求高的应用场景。

一种基于液态金属微流控的极化可重构天线

提出了一种基于液态金属(LM)微流控的极化可重构天线。天线由一层FR-4印刷电路板和刻蚀在辐射贴片表面的四个微流通道组成,控制微流通道中的液态金属,可以实现右旋圆极化(RHCP)、左旋圆极化(LHCP)以及线极化(LP)三种极化状态转换。测量结果表明,线极化状态下工作频带内最大增益可达到8.5 dBi,极化转换时增益波动低于2.1 dB。三种极化状态下的重合-10 dB相对阻抗带宽为41.56%(6.9 GHz~10.35 GHz),圆极化状态下3 dB重合轴比带宽为4.7%(8.13 GHz~8.52 GHz)。测量和仿真结果吻合较好,证明了设计方法的有效性。

受古铜币灵感设计的太赫兹多波束调控反射编码超表面

随着研究的不断深入,太赫兹器件在多个基础研究及工程应用领域的重要地位日益凸显,但是这些器件一般只能工作在单一频点且对圆极化较敏感。为了克服这一限制,从中国古代铜币中汲取灵感,设计了一种多频点的太赫兹编码超表面,该结构由单元“0”和单元“1”构成。通过相位编码构造的1-bit太赫兹超表面可以在x线极化波和圆极化波的入射下分别在3个频点实现不同的反射波束分裂功能,进一步通过改变1-bit编码超表面的半径,可以构建2-bit太赫兹编码超表面,实现波束偏转功能。利用幅度差异可以构造幅度编码超表面在x线极化波和圆极化波的入射下实现空间成像功能。所设计的超表面解决了仅利用相位或幅度编码进行太赫兹波前操纵的问题,克服了传统器件只能在单一频点工作和对圆极化波敏感的缺陷,为太赫兹通信领域的应用提供巨大潜力。

一种Ka频段双频圆极化天线的设计

面向Ka频段高通量卫星对天线的需求,本文设计了一种Ka频段双频段圆极化微带缝隙天线,天线单元由不对称U形贴片和开矩形槽的接地板组成,采用微带线侧馈供电,通过微带线开凹槽实现双频带,加载一对支节和贴片开槽实现圆极化。仿真结果显示,低频段的-10dB阻抗带宽为28.33GHz~30.61GHz,与对应3dB轴比带宽重合度为50.5%;高频段的-10dB阻抗带宽为35.44GHz~38.38GHz,与对应3dB轴比带宽重合度为100%。该天线具有结构简单,圆极化性能良好等优点。

具有解耦结构的宽带定向双圆极化天线设计

本文设计了一种具有宽带特性的定向双圆极化天线。该天线具有三层结构:辐射层、反射层和解耦层。辐射层为矩形驱动贴片以激励U型缝隙产生圆极化辐射,天线通过两个对称的微带馈电端口可分别实现左旋圆极化和右旋圆极化。反射层为放置于天线正下方的金属板以实现定向辐射,但是这导致了天线轴比和端口隔离度性能下降。针对这一问题,在辐射层U型缝隙处倒角和开缝以改善轴比带宽,并在辐射层上方加载了刻蚀周期分布的寄生贴片解耦层以改善端口隔离度。仿真和测试结果表明,天线的阻抗带宽和3 dB轴比带宽分别为1.59 GHz~7.79 GHz(132.1%)和2.75 GHz~5.78 GHz(71%),天线的端口隔离度在工作频带内均小于-10 dB,峰值增益达到8.1 dBi。

圆极化天线与线性极化天线调频发射的研究对比报告

我国调频广播发射台大多建设于上世纪七八十年代,基本使用线性极化天线发射调频广播信号,但是随着我国经济的快速发展,社会在快速城市化,在现代城市中高楼林立,居民小区高层建筑密集,一些现代化城市场景大量增加,如城市室内停车场,城市隧道等,面对这些场景使用线性极化天线的广播播出可能会面临一些信号衰减和反射干扰失真的问题,因此将线性极化天线改造成圆极化天线能否提高现代城市调频广播收听质量的研究有着现实而紧迫的意义。本文将以福建省广播电视传输发射中心106台(以下简称106台)的实际案例探讨分析线性极化天线改造成圆极化天线的优劣势。

10 GHz与60 GHz微带贴片天线设计与仿真

目前,微带贴片天线的应用领域越来越广泛。主要探究相同结构的微带贴片天线,通过提高其波段,使该天线具有更优的性能。这两款微带贴片天线均通过MATLAB与CST微波工作室进行计算、建模与仿真,并通过传统低成本的印刷电路板蚀刻方法制造,然后在10 GHz和60 GHz频段进行测试。测试结果显示,60 GHz微带贴片天线有更大的带宽且结构更加紧凑。随着便携医疗设备和穿戴设备的广泛应用,60 GHz微带贴片天线更具商业价值。

加载腔体的高增益宽带圆极化交叉偶极子天线设计

设计了一种加载腔体的高增益宽带圆极化交叉偶极子天线,该天线印刷在方形电路板上下两侧,偶极子天线被设计成顺序旋转的L形辐射贴片,并在方形介质基板中心位置设计一条用于阻抗匹配的圆环线,从而实现良好的圆极化性能。通过改变地板反射器的传统尺寸以及在四周加载金属腔体,圆极化性能整体得到了较大提升。通过Ansys HFSS电磁仿真软件进行仿真,结果表明:电压驻波比(voltage standing wave ratio,VSWR)<2的阻抗带宽为57.03%(1.78~3.20 GHz),3 dB轴比带宽为31.66%(2.18~3.00GHz),在工作带宽内的平均右旋圆极化峰值增益为10.79dBic。

加载极化扭转人工磁导体的双频圆极化天线

为减少多径损耗、抗极化失配,同时满足无线设备对多频段的需求,设计了一款加载极化扭转人工磁导体的双频圆极化天线。极化扭转人工磁导体采用双层结构增加了相位响应,使用矩形环延长电流路径,矩形环中加入圆角和截断的矩形贴片结构引起表面阻抗不平衡性,实现了在2.45 GHz和5.8 GHz频段内高效的极化转换。在双频单极子天线下方加载极化扭转人工磁导体,利用90°极化旋转效应实现了在低频段左旋圆极化和高频段右旋圆极化。仿真和实验结果表明:设计天线的工作带宽分别为2.2~2.58 GHz和3.5~6 GHz,3dB轴比带宽分别为2.3~2.56 GHz和5.6~6.2 GHz,峰值增益分别为16.8和7.5 dBic。实验结果证实了采用极化扭转人工磁导体可以降低双频圆极化天线的复杂度。

一种宽带高增益圆极化超表面天线

提出了一种基于超表面的宽带高增益圆极化天线。首先,采用改进的平面螺旋天线作为馈源,螺旋臂宽先增大后减小,既紧密缠绕又缩短了臂长,提升了圆极化性能的同时,缩减了天线的尺寸;然后,设计了一种宽带单层的超材料单元结构,其相位调控范围可达360°,通过周期性排布将其组成反射超表面;最后,将馈源放置在反射面的焦点处,实现高增益天线整体设计。实验结果表明,所提出的天线最高增益可达23.2 dBic,3 dB增益带宽为44%(4.8~7.5 GHz),该频段内阻抗匹配良好(驻波比小于1.5)且满足圆极化特性(轴比小于3 dB),实测结果与仿真结果一致性较好。该天线方向性图稳定,实现了电磁能量的聚集。

基于线性偏振转换器的太赫兹波段超宽带成像系统设计

基于偏振转换的物理过程,提出了一种由金属光栅、L型金属贴片和介质板组成的超宽带高效线性偏振转换器。利用有限元数值模拟软件CST对偏振转换特性进行了研究。数值结果表明,偏振转换器在0.5~1.8 THz工作,相对带宽达到113%,传输系数大于0.87,偏振转换率接近100%。利用Matlab建立了Fabry-Perot干涉模型,验证了理论分析结果与数值结果的一致性。通过改变该偏振转换器的结构参数,构造“1”“0”幅度编码超表面。该编码超表面在线极化太赫兹波入射下,实现了“IUTL”的空间成像功能。所设计的超表面对于入射波的极化方向不敏感,并展现出超宽带、高传输效率的特性,在无线通信领域具有潜在的应用价值。

应用于5G毫米波系统的低副瓣高增益平面阵列天线设计

本文设计了一种工作于5G毫米波频段的低副瓣高增益平面阵列天线。该天线结构由128个天线阵元组成,采用泰勒分布综合法构建阵列天线的非等幅馈电网络,从而降低阵列天线副瓣幅度,提升天线阵列的辐射效率。经过仿真验证,阵列天线阻抗带宽达到3.95 GHz,工作频段内天线最高增益为19.10 dBi,E面主副瓣电平比低于﹣20 dB,符合设计要求。通过优化馈电网络的设计,成功实现了低副瓣高增益的目标。同时,还对天线的性能进行了全面的仿真和验证。结果表明,在5G毫米波频段内,该天线具有较宽的阻抗带宽和较高的增益;天线的副瓣电平较低,可以有效降低干扰和提高信号的质量。在未来的5G通信系统中,该天线可用于增强覆盖范围、提高通信质量和容量。由于其适用于毫米波频段,还可以应用于雷达系统、无线传感器网络等领域。因此,本研究对于5G通信技术的发展以及相关领域的应用具有一定的推动作用。

基于频谱特征分析的多谐波时间调制阵列测向方法

针对基于谐波特征分析的时间调制阵列(time-modulated array,TMA)测向技术中信息利用率低的问题,提出了一种基于信号频谱特征分析的多谐波TMA测向方法.通过分析接收信号的频谱特征,构建了基于信号频谱特征多谐波测向模型,推导了基于频谱特征的来波方向最优线性无偏估计(best linear unbiased estimation,BLUE)表达式,从而提高了测向精度及稳定性.以BPSK信号为例,通过仿真实验验证了所提算法的有效性,同时搭建了工作于S频段的二单元TMA测向系统证实了所提方法的可行性.

低剖面紧耦合超宽带阵列天线设计

随着多功能、一体化电子信息装备的快速发展,对超宽带阵列天线的需求也愈加迫切.机载、舰载等平台对载荷的重量、尺寸等往往有较为严格的限制,低剖面、轻量化超宽带相控阵天线的设计可以有效解决平台限制与多功能需求之间的矛盾.本文提出了一种基于紧耦合偶极子天线单元的低剖面、轻量化超宽带阵列天线设计方案,该天线采用寄生偶极子匹配层和频率选择表面(frequency selective surface,FSS)匹配层代替传统的介质宽角阻抗匹配层,在实现宽角扫描的同时还能有效减小天线重量.通过电磁仿真优化,该阵列天线单元可以实现6∶1的工作带宽,剖面高度小于低频的十分之一波长;E面±60°扫描满足电压驻波比(voltage standing wave ratio,VSWR)≤3,H面±45°扫描满足VSWR≤3.5.为了验证所设计阵列天线的性能,加工了规模大小为16×16的原理样机进行实测,测量结果与仿真结果基本吻合.

基于时间调制阵列的全向宽带测向方法

为解决时间调制测向技术中由线型阵列对称性和固定基线长度引入的目标前后向模糊问题和测向带宽受限问题,提出了一种基于五单元时间调制阵列的全向宽带测向方法.通过将一维线型阵列扩展为二维平面阵列,提高空间自由度以区分来波前后向;进一步结合虚拟基线技术,利用相邻单元排布间距的差异性引入虚拟相位差,解决工作频率变化引起的相位差模糊问题,从而实现全向宽带测向的目标.通过数值仿真在3倍频程工作带宽条件下有效实现了360°全向测向,验证了所提出方法的可行性.