加载引向器的小型化对跖Vivaldi天线设计与仿真

提出一种加载引向器的小型化对跖Vivaldi天线(AVA)。相比大多数对跖Vivaldi天线,该天线具有非常小的尺寸,其大小只有14 mm×34 mm×0.8 mm。引向器结构设置为三角形,置于天线的开口中间。相比传统的对跖Vivaldi天线,引向器能引导电磁波从天线的口径传输到介质板的边缘,这样造成的反射比较小且传输特性良好。此外,为了减小测量误差,将天线与超小型(SMA)头联合仿真,结果表明,该天线在5.2～11 GHz频段内S_(11)<-10 dB,具有较宽的带宽;且在8.5～11 GHz范围内,天线的增益明显增加,验证了这种新设计的可行性。

一种新型超宽带对跖Vivaldi天线

设计了一款新型超宽带对跖Vivaldi天线。该天线介质板两侧采用相同的金属辐射贴片结构,并在主轴方向加载梯形介质基板,进而改善了天线的电场分布,将电场有效地约束在主轴辐射方向,从而提高了天线的定向辐射特性。实测结果与仿真结果基本吻合,该天线在2.5~40 GHz频率范围内电压驻波比小于2,增益为1.8~8.9 d B。此外,E面方向图保持良好的对称性,增益峰值偏移现象得到明显抑制,具有辐射方向性好、增益高、主瓣宽度窄、交叉极化比小等优点。

一种小型化的对跖Vivaldi天线设计

基于对宽带宽覆盖角天线的需求,设计了一种工作于9~11 GHz的小型化对跖Vivaldi天线。在天线开口末端加入矩形引向器,以获得良好宽带匹配效果。利用HFSS软件进行结构优化,得到天线的具体参数,由此加工和测试带引向器的对跖Vivaldi天线。通过仿真和实测得到,在9~12 GHz频带内回波损耗小于-15 dB,在-10 dB以下的带宽为6.9~14 GHz。同时,通带内3 dB波束宽度实现±30°的扫描范围。此时天线的尺寸仅为15 mm×16 mm×0.762 mm,是一种宽带宽覆盖角的小型化天线。

一种工作于1.6 GHz～20 GHz的高增益对跖Vivaldi天线

设计了一款工作于1．6GHz-20GHz的高增益对跖Vivaldi天线，该天线在常规对跖Vivaldi天线的左右两端加载半椭圆贴片结构，改善低频驻波比特性，进而提高了天线的阻抗带宽；在天线主轴方向加载梯形基板，将天线表面电场约束在天线的主轴方向上，不但消除了天线增益峰值的偏移问题，而且提高了天线的增益值。实测结果表明：该天线在1．6GHz-20GHz频段内电压驻波比小于2，增益为1．5dB～11．1dB。此外，该天线增益峰值偏移现象得到明显抑制，具有辐射方向性好、增益高、交叉极化比小的优点。

低截止频率多倍频程高增益对跖Vivaldi天线

针对传统对跖Vivaldi天线的最低截止工作频率较高、增益较低和方向性较差的问题,文中设计了一种新型超宽带对跖Vivaldi天线。融合运用辐射极板开矩形斜槽、加载吸收电阻和寄生矩形贴片等一系列电磁调控措施,扩展了天线的低频工作带宽;采取在天线极板间加载椭圆寄生贴片的技术方式大幅提高了天线的方向性和辐射增益。最后给出了天线的设计流程,从电场分布和表面电流分布的角度揭示了天线的微观工作机制。仿真和实测结果表明:天线的工作频带为0.85~16 GHz(近20倍频程),相对带宽达180%,在3 GHz以上频段增益均超过10 dBi,并且具有较好的端射方向性,在超宽带无线通信、雷达探测、电子对抗和遥感遥测等领域具有广泛的应用前景。

超材料加载的高增益Vivaldi天线

文中研究了一款超宽带对拓式Vivaldi天线。为了提高其增益,设计了一款具有非谐振式特性的超宽带人工电磁超材料单元,将此单元与对拓式Vivaldi天线集成后,可以在不影响天线效率及回波损耗的特性下提高天线增益,实测最高可提高2.5 dB。天线尺寸为0.9250λ×0.6500λ×0.0083λ,实测阻抗带宽为2.5 GHz~20.0 GHz,可达8个倍频程,在15 GHz时实测增益可达到9.56 dBi。天线实测与仿真结果基本吻合。在主要工作频带内,天线呈现较好的定向辐射效果,可应用于电磁兼容测试、探地雷达测试、超宽带无线传输系统、微波脑检测系统等领域。

双槽对拓式Vivaldi超宽带天线设计

为了解决传统对拓式Vivaldi天线在低频段带宽不足和整个频段内辐射增益低等缺点,文中设计了一种结构新颖的双槽对拓式Vivaldi超宽带天线。该天线采用对拓双槽的形式,内槽线曲率大于外槽线曲率,内槽线长度小于外槽线长度,介质基板两侧内辐射臂通过通孔连接,拓宽了天线的低频带宽,提高了天线的辐射性能;另外在天线外侧辐射臂添加指数凹槽,使低频电流流径得到了增加,进一步拓宽了低频带宽,减小了天线的尺寸;使用指数超宽带功分器进行馈电,提高了天线的抗干扰性能。仿真和实测结果表明,该天线最高增益为10.8 dBi,增益曲线平坦,具有良好的阻抗匹配特性,在2 GHz~18 GHz的频带范围内辐射特性良好,可以实现超宽带传输。

一种用于探冰雷达的高增益Vivaldi天线

介绍了一种用于S波段(2~4 GHz)探冰雷达的高增益Vivaldi天线。天线选择介电常数3.48的ROC4350B为介质板材料,采用微带馈电线转槽线的耦合结构进行馈电,并在辐射臂两侧加载两段指数型开槽提升整体增益,在渐变槽线中间加载指数型引向器进一步提升天线辐射性能。仿真优化后天线总体尺寸为113.6 mm×85.0 mm×1.52 mm。仿真结果表明,天线在S波段内回波损耗S11<-10 dB,天线增益整体在5.39 dB以上,最高达到了9.6 dB,且增益曲线平滑,实测结果与仿真结果较为吻合。

基于Vivaldi的超宽带低剖面天线设计

针对超宽带小型化雷达系统的需求背景,设计了一款通过交趾耦合形成天线间紧耦合结构的超宽带低剖面阵列天线。该阵列天线单元首先在传统Vivaldi天线结构上增设了一对带圆形腔体的弧形槽,从而使传统Vivaldi天线顶端呈现类似偶极子辐射结构的形态;然后通过采用交趾耦合结构起到天线间紧耦合作用,明显降低了天线的整体剖面高度;接下来在天线单元上层引入介质匹配层,进一步改善了匹配效果。仿真结果表明:设计的阵列天线在2.5~15 GHz工作频段内,其驻波比均小于2,12×12天线阵列最大增益大于20 dB,阵列天线单元剖面高度仅为15 mm(0.125倍低频波长)。因此,设计的天线在保证超宽带性能下还大大降低了天线的剖面高度,具有较高的工程应用价值。

基于Vivaldi天线的原油含水率测量仪设计

微波透射法原油含水率测量仪设计的关键点是微波传感器的小型化,即要求微波传感器的辐射口径面必须小于油管的内径。为解决这一技术难题,一种辐射口径面为70 mm×2 mm的Vivaldi天线被提出,由于该天线的2 mm厚度远小于油管内径,因此可应用于任意尺寸油管进行含水率测试,非常符合微波透射法含水率的测试需求。通过测试结果可以看出:所设计的Vivaldi天线工作频带为2.5~8 GHz(工作带宽为110%)。将所设计的Vivaldi天线应用于微波透射法原油含水率测量仪作为微波传感器,分析传输系数与含水率之间的变化关系。测试结果表明:Vivaldi天线在0~100%范围内测试的绝对误差小于7%,而在10%~85%范围内绝对误差小于5%。该实验结果,为以后测量系统实现含水率的高精度测量和在线测量提供理论依据和实际参考。

高增益圆极化双槽Vivaldi天线

探地雷达在地质勘探、军事、考古及建筑工程等领域有着非常重要的作用.为提高地下目标探测的准确性与成像分辨率,增强对地下线型目标的探测能力,提出了一种用于中浅层地下目标探测的高增益圆极化双槽Vivaldi天线.该Vivaldi天线的开槽部分由不同的指数线构成,使得槽的开口方向有一定的内倾,可以有效提高天线的增益;将两个双槽Vivaldi天线以正交的形式组合,并对天线两端口进行等幅、90°相位差的馈电,实现天线的圆极化辐射.仿真与实测结果表明,所设计的高增益双槽Vivaldi天线在0.5~3GHz内驻波比小于2,绝对带宽为2.5 GHz;带内增益均大于3.5 dBi,最大增益可达12.5 dBi;工作频带内轴比均小于3 dB且具有较好的时域特性.所提出的天线具有超宽带、高增益、圆极化等特点,在地下目标探测中具有广阔的应用前景.

基于超表面隔板的Vivaldi天线隔离度提升技术研究

该研究提出了一种由方形分裂环(SRR)单元构成的超表面隔板结构,该结构可降低工作于X波段的两个Vivaldi天线之间的干扰耦合。采用等效媒质理论,分析了超表面结构介电常数和磁导率的单负特性,从而引起的带阻效应。与相距为30mm的参考无耦合天线相比,加载超表面后的天线隔离度在10GHz处提升了16dB。此外,仿真结果同样证实了,加载论文提出的超表面结构后,天线的辐射方向图、峰值增益以及总效率均得到了有效提升。

一种对拓式超宽带高增益Vivaldi天线设计

文中设计了一款结构新颖的对拓式超宽带高增益的Vivaldi天线。该天线在基板两侧引入平衡辐射臂并用通孔将它们联结起来,使天线增加了低频带宽、降低了交叉极化、减小了尺寸;在不影响带宽的前提下,通过在天线首部和尾部分别添加介质引向器和反射地板,使天线的增益得到了提高。天线测试结果表明该天线的带宽在2 GHz~20 GHz内反射系数均低于-10 dB,且天线增益最高为12.8 dBi,同时在带宽范围内,保持了良好的方向图对称性和低交叉极化水平。

面向新疆奇台110 m射电望远镜宽带双极化Vivaldi馈源设计

射电望远镜一般要在宽频段内进行连续观测,但传统相控阵天线设计方法难以兼顾宽频带和大角度扫描特性.紧耦合天线的设计方法为宽带大角度扫描天线提供了新的设计思路,基于此设计了一款宽带双极化Vivaldi相控阵馈源.首先结合Wheeler提出的连续电流片概念及等效电路对紧耦合原理进行理论分析,然后针对Vivaldi天线分析了阵元间的强耦合能够有效拓展天线的工作带宽.在此基础上设计了一款宽带Vivaldi相控阵馈源.馈源阵列由8×9 Vivaldi天线阵元组成,该阵列的工作带宽为2-8GHz,并且能够在E面和H面均实现±45∘的扫描特性.最后对该馈源阵列进行了样机加工和测试,测试结果与仿真结果具有较好的一致性.

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X波段余割平方波束赋形Vivaldi阵列天线

设计了一款由16个Vivaldi单元组成的X波段余割平方波束赋形的均匀直线阵,使用伍德沃德-劳森抽样法获得阵列幅度和相位分布,并通过串联馈电功分网络实现。仿真结果表明,该阵列在中心频点9.4 GHz处能够实现小于-26 dB的回波损耗,在6°~35°范围内实现了余割平方波束。同时方向图副瓣电平小于-23 dB,阵列增益为14.5dB。

Vivaldi天线主瓣方向上的双站RCS特征仿真

为了分析Vivaldi天线主瓣方向上的双站RCS特征,对Vivaldi天线方向图和双站RCS进行了仿真。仿真结果表明在阻抗匹配条件下,从主瓣方向照射时双站RCS与天线方向图形状基本一致,但指向相反。分析其原因是在阻抗匹配状态下,天线RCS以结构项散射为主,发射和接收时天线上的电流分布基本相同,但传播方向相反。因此,无法在不影响Vivaldi天线方向图的情况下对其双站RCS进行缩减。

某多波段宽频段有源天线的机热设计研究

有源天线是相控阵雷达等微波设备的重要组成部分,现对某星载多波段宽频段有源天线的结构进行详细设计,满足结构设计原则,并具有良好的可装配性。对有源天线的散热方式、接触热阻等进行相关设计,并根据设计情况开展热仿真分析。此外,根据该有源天线的力学环境条件对其开展正弦振动、随机振动的力学有限元分析,计算出三个方向的应力值及安全裕度,结果表明,此结构设计下的有源天线应力水平远低于材料的许用应力。

非规则子阵阵列天线仿真与性能分析

文中设计了一种超宽带Vivaldi天线,并对其组成的16×16阵列按照划分设计的最优子阵方案进行仿真。通过均匀加权与低副瓣加权对天线阵列进行了波束偏转分析,从不同频点和偏转角度对波束扫描进行了分析,并仿真分析了天线的差波束及赋形波束,结果良好;同时对子阵级别的扰动进行了敏感度分析,发现在不同相位干扰下,干扰范围越大相位干扰对主瓣波束影响越大,主瓣增益降低和副瓣电平升高越明显,幅度干扰和幅相干扰也有同样结论。实际非规则子阵阵列天线在应用时,子阵级的相位误差在一定范围内对天线的影响不大,幅度误差对天线的整体影响也不大,即子阵级干扰对非规则子阵阵列天线扫描角度的影响不大,但对主波束的影响随干扰范围的增大而增大。本文的仿真分析可为非规则子阵阵列天线的设计和加工提供参考,丰富和拓展非规则子阵阵列天线设计仿真和性能分析领域,节省实际加工和应用的成本。

基于特高频法检测电气设备局部放电的改进Vivaldi天线

为提高检测变电站电气设备局部放电产生的特高频(UHF)信号的有效性,基于超宽带渐变槽线天线理论,在传统Vivaldi天线的侧边增加渐变槽线和谐振腔后,通过仿真及实测发现,改进后的天线工作频段由1.2~3GHz扩展至0.5~3GHz。同时提高了天线的指向性,而保持工作频段上天线相位中心不变。改进后的天线在工作频段上具有更高的增益和灵敏度,在2GHz时增益达到7.9d Bi,平均灵敏度大于12mm。为验证所设计天线效果,在实验室搭建了基于预制缺陷变压器的试验平台,结果表明所设计的天线可以有效检测到局部放电的UHF信号。与传统Vivaldi天线、加脊TEM喇叭天线和螺旋天线相比,改进Vivaldi天线检测灵敏度较高,脉冲时域响应特性更好,利于进一步的信号分析。