蝶形天线增强的HEMT室温太赫兹探测器

介绍了一种基于GaN/AlGaN高电子迁移率晶体管(HEMT)的高速、高灵敏度室温太赫兹探测器。在太赫兹波辐射下,HEMT源漏端产生直流光电流,并能被栅压灵敏地调控。探测器中新颖的蝶形天线设计使接收到的太赫兹电场得到显著增强,提高了探测器的响应度。通过测量探测器对不同偏振方向的太赫兹光的响应,有效验证了蝶形天线对太赫兹电场的增强作用。室温下,探测器的等效噪声功率约为5×10-10W/Hz21,平均响应度达42mA/W。实验结果表明,光电流的产生与二维电子气沟道的场效应特性和入射太赫兹波电场在电子沟道中的分布密切相关。自混频理论能很好地描述实验结果。

一种改进的探地雷达蝶形天线

探地雷达(GPR)系统一般采用宽带短脉冲信号,因而其天线应该是宽带的。为提高天线的辐射效率,有效吸收天线末端的反射波,一种新型结构的蝶型天线被提出。该天线将脉冲激励电路和天线集于一体,同时采用分布电阻加载的方法,以吸收天线末端与激励点处的反射波。通过FDTD方法对天线辐射特性的研究表明,改进后的天线可以有效的吸收来自天线末端的发射波,消除在激励点处由于阻抗不匹配产生的二次反射,使天线具有较好的辐射波形,提高天线辐射效率,满足探地雷达系统的需要。

一种小型化五频段可重构蝶形天线的设计

提出了一种新型多频段可重构天线.该天线采用小型平面蝶形结构,尺寸为35.0mm×38.0mm×1.6mm,由U型馈电带线、矩形寄生单元和接地面构成.通过调节馈电带线的长度和选择寄生单元,改变天线的局部结构和表面电流分布,从而获得不同的工作频段.该天线可在1.94～2.22GHz、2.32～2.54GHz、3.08～3.78GHz、3.63～4.83GHz、4.82～6.85GHz五种频段之间实现可重构,覆盖了主要的无线通信系统工作频段,各个状态具有良好的全向辐射特性和较高增益.因此,具有较大的实用价值.

检测高压电缆附件局部放电用超高频蝶形天线的研究

针对电缆附件的结构及附件内部易发生绝缘故障导致局部放电的特点,设计了用于电缆附件局部放电信号检测的内置超高频超宽带蝶形天线传感器.仿真和实测表明,该蝶形天线的有效工作频带为350～585MHz.模拟实验表明该天线传感器灵敏度高、性能优越,能在有效频率范围内检测到局部放电信号,可以用于电缆附件局部放电超高频信号的检测.

探地雷达超宽带背腔蝶形天线设计与实现

设计实现了一种中心频率为400 MHz的吸波材料填充式背腔蝶形天线,并将此天线应用于超宽带探地雷达系统,组装完成了一套400 MHz无线控制探地雷达系统样机。背腔式设计的探地雷达收发天线可以克服传统蝶形天线在H面全向辐射所带来的缺点,从而提高雷达系统的信噪比及收发天线之间的隔离度。对背腔蝶形天线的设计进行了规律性研究,总结了吸波材料填充式背腔蝶形天线系统在工程化实现时的设计经验。实际路测数据验证了所设计背腔天线在此套探地雷达系统中性能表现稳定良好。

利用拖尾能量提高蝶形天线辐射效率

蝶形天线在探地雷达中已有广泛的运用,但其辐射效率不高的问题一直存在。究其原因,主要是将近70%的辐射能量是以有碍目标探测的拖尾的形式存在。为了保证探测性能,传统上可观的拖尾能量往往以阻抗加载的方式被吸收掉。本文研究发现,当选择双极性单周波作为激励脉冲时,通过优化天线长度可以实现拖尾能量的有效利用,从而显著地提高蝶形天线的辐射效率。仿真实验结果表明,在较远的探测距离上本文方法可以将辐射效率提高近100%。通过实测实验进一步验证了本文方法的有效性。此外,本文所提的方法易于工程实现,工程应用价值十分明显。

异面带状线馈电的宽带双极化蝶形天线

针对通信与雷达系统对双极化与宽带天线的要求,提出了一种基于带状线馈电的双极化蝶形天线.通过两对互相正交的蝶形阵子实现了天线的双极化,并采用一种新型的微带线转异面带状线的巴伦给两对正交蝶形阵子平衡馈电.异面带状线为平衡传输线,满足了蝶形阵子对于平衡馈电的要求.在馈电点处由同轴线对微带线馈电,经渐变微带线转化为异面带状线,最后由两组异面带状线给两对正交蝶形阵子馈电.测得该天线实现了69.23％的阻抗带宽,在6.8～14 GHz频带内电压驻波比（VSWR）小于2.为使天线单向辐射且改善天线增益,将天线放置于反射吸收腔内.测得天线在6.8～18 GHz的频宽内VSWR基本小于3,天线增益在8～12 GHz频带内大于0.11 dB,天线前后瓣比大于15 dB.因此,所提出的双极化蝶形天线可用于宽带通信系统中.

一种探地雷达蝶形天线及其巴伦的设计

提出了一种用于400MHz探地雷达系统新型蝶形天线及微带巴伦的设计。蝶形天线采用FR4单面印刷电路板制作,尺寸为300mm×150mm×2mm,其辐射臂由两级三角形贴片和一个半圆贴片组合而成。微带巴伦采用双面印刷电路板制作,通过在正反两面腐蚀出宽度线性渐变的金属带,构成双线-微带结构。实验表明:所设计的蝶形天线在310-460MHz频率范围内,回波损耗小于-10dB,其相对带宽分别是传统蝶形天线和相关文献报道的1.86和1.65倍,并具有较好的辐射特性。对于400MHz探地雷达系统,该天线及微带巴伦在性能上已达了要求,是有效可行的设计方案。

介质埋藏平面蝶形天线的设计

采用了介质埋藏的形式将平面蝶形天线埋藏于介质中,并设计了渐变的平面微带巴伦给平面蝶形天线馈电,实现了不平衡到平衡的转换;还设计了三角形微带巴伦和微带传输线一起的结构形式,进行阻抗匹配。使用电磁仿真软件Ansoft HFSS对该天线进行了优化设计和仿真实验,与制作的实物天线性能进行对比。仿真和实测结果表明,该天线S11≤-10 d B仿真的相对带宽达到88.7%而实测的相对带宽为79.3%,具有超宽带特性;在工作频率处,仿真增益为6.9 d B,实测增益为5.8d B。该天线满足某工程项目的需要,可作为探地雷达系统的收发天线。

抗金属带反射板可调多频蝶形天线

为了满足多频段通信应用中天线抗金属平台的要求,提出了一种带反射板可调多频段蝶形天线,包括平行设置的单层天线基板和金属反射板。可通过螺丝钉调节单层基板和金属反射板之间的间距,从而实现调节天线频率。单层基板上的天线包括上表面连接有微带线的钥匙形辐射单元、下表面的蝶形辐射单元和波峰形接地端,目的是实现天线多频辐射。仿真和测试结果表明,该天线能同时工作在0.44 GHz/0.635 GHz/1.735 GHz/2.45 GHz多个频段,可以放置在金属平台上使用,并可以和平面电路集成、结构简单。

电阻加载蝶形天线的性能研究

由于探地雷达系统大多采用超宽带窄脉冲信号,因此要求天线具有极宽的工作带宽。利用矩量法对线性离散电阻加载蝶形天线进行分析,结果表明,线性离散电阻加载在使天线获得宽带特性的同时,并使辐射的脉冲信号拖尾变得平稳,因此能够满足探地雷达系统的需要。

商用探地雷达蝶形天线三维数值模拟

基于商用探地雷达蝶形天线的几何特征、激励源、电阻加载方式及屏蔽吸波机理,采用时域有限差分方法建立其三维模型,通过三维数值模拟研究了蝶形天线几何特征、电阻加载、屏蔽腔和吸波材料等对蝶形天线辐射特性的影响,为验证、改进探地雷达蝶形天线的辐射性能提供科学依据。

一种基于新型组合加载方式的大频差三频段蝶形天线

将分形技术和槽加载技术相结合,文中提出了一种基于新型组合加载方式的大频差三频段蝶形天线,其加载方式为开口圆环缝隙和寄生分形多三角形结构(TSFPE)的组合加载。新型天线可同时工作于X/Ku/Ka三个频段,其中,蝶形天线两三角形臂控制X频段,加载于三角形臂上的开口圆环缝隙和位于蝶形天线三角形臂顶点位置附近的TSFPE分别控制Ku和Ka频段。新型组合加载方式充分合理地利用了天线各部分的空间,减小了各频段之间的互相影响,确保了每个频段的性能。验证了新型组合加载方式的可行性,丰富了多频天线的结构形式和种类。

电阻加载蝶形天线的性能研究

由于探地雷达系统[1]大多采用超宽带窄脉冲信号,因此要求天线具有极宽的工作带宽。本文利用矩量法对线性离散电阻加载蝶形天线进行分析。数值结果表明,线性离散电阻加载可以使天线获得宽带特性的同时,并使辐射的脉冲信号拖尾变的平稳,因此能够满足探地雷达系统的需要。

蝶形天线增强的InP基室温HEMT太赫兹探测器研究

采用分子束外延技术制备了InP基HEMT样片,室温下样片迁移率达10 289 cm2/(V·s)。通过光刻、腐蚀、磁控溅射、点焊等工艺技术制备出了蝶形天线耦合的太赫兹探测器件。器件采用的蝶形天线经HFSS软件仿真优化后,天线S11参数为-40 d B,电压驻波比(VSWR)为1.15,增益可达6 dB,并与二维电子气沟道实现阻抗匹配。在VDI公司0.3 THz肖特基二极管太赫兹源辐照下进行器件测试,测试结果表明,室温下器件噪声等效功率(NEP)为40 nW/Hz1/2,探测响应度46 V/W,器件响应时间优于330μs。

应用于局放检测的宽带小型化蝶形天线设计

为提高局放检测的灵敏度和实用性,提出了一种装载矩形反射腔的宽频带小型化蝶形天线。采用渐变式宽带巴伦进行阻抗变换,通过弯曲蝶形天线臂的沿线和开缝加载电阻等技术增加等效电长度,有效地拓宽了工作频带。借助电磁仿真软件对天线进行了设计,并进行实物制作和测试。结果表明,仿真结果与实测结果基本符合,天线平面尺寸为200 mm×100 mm,在300~1800 MHz的驻波比≤2,相对带宽为142.8%,最大增益可达3.7 dBi,具备高增益、宽频带和小型化的性能特点。

蝶形天线的计算机仿真设计

蝶形天线是在脉冲型探地雷达中广泛采用的一种宽带天线。本文采用时域有限差分算法(FDTD)结合PML吸收边界条件分析了蝶形天线在高斯脉冲激励下的时域特性,通过傅立叶变换,计算出天线的方向图和在不同频率下的输入阻抗,结果表明FDTD算法用于分析蝶形天线是有效的。

一种加载耦合金属板的宽带蝶形天线的设计

设计了一种加载耦合金属板的宽带蝶形天线,该天线应用了4个独立放置的金属板来增大天线的带宽和增益,并采用折叠型反射板以获取稳定的辐射方向图和较平坦的增益曲线。金属板围绕天线的辐射器,与辐射器耦合,使天线产生了新的谐振频率点,从而改善天线在工作频带内的阻抗特性。反射板采用折叠的形式,不仅能有效抑制旁瓣,还能达到改善高频处的增益的目的。通过HFSS软件对天线进行仿真,得到天线的结构参数,并分析引入结构对天线性能的影响。仿真结果表明,天线尺寸为42 mm×29 mm×23.6 mm,当S11≤-10 dB,天线工作频段为2.35~4.52 GHz,相对带宽为63.2%,增益为4.4~6.45 dBi。

耦合蝶形天线的石墨烯室温太赫兹探测器

高灵敏度、可室温下工作的太赫兹(THz)探测器是太赫兹在生物技术、量子传输、通信、成像等领域得以应用的关键。本文报道了一种石墨烯太赫兹探测器设计方法,该探测器通过将蝶形天线与石墨烯pn结构建至一个器件中,利用蝶形金属天线将波长为110 mm(2.7 THz)的太赫兹远场光汇聚至约800 nm的石墨烯THz吸收层,同时将这蝶形天线的两极设计为两个独立栅极,将800 nm的吸收层转变为可分离光电子的pn结区,通过增强局域光场增加太赫兹吸收,并同时增强光电子分离效率,将正交极化方向的消光比提升了1到2个数量级,在室温下实现了较低的噪声等效功率(NEP)~1 nW·Hz^(−1/2)。这一设计为太赫兹探测提供了新的技术路径。

一种接地板开槽的小型化蝶形天线设计

本文设计了一个新型小型化蝶形微带天线,该天线采用微带馈线,通过优化辐射贴片和在接地板开槽的方法,减小了天线尺寸,最终所实现的天线尺寸为32mm×32mm,与传统蝶形天线相比尺寸减小23%.测量结果表明:天线S11<-10dB的阻抗带宽能达到120 MHz(2.49GHz^2.61GHz).同时,天线最大增益为2.5dBi,可以应用于无线传输领域.