L波段全向天线研究与设计

在实际应用中,有时需要全向天线在水平面以上覆盖较广的空域,针对这一需求,文章提出了两种工作在L频段的波束上翘的全向天线。其中一种为使用同轴转平行双线结构进行馈电的串联印刷偶极子天线,且加入反射板保证波束上翘,实测结果表明该天线在工作频段内,电压驻波比(voltage stanting wave ratio,VSWR)小于1.5,水平面增益大于2dBi,俯仰角0°~70°(定义水平方向为0°)增益大于-7dBi,不圆度小于2dB。另一种为双锥天线,使用上下锥体不对称结构保证波束上翘,同时引入固定套环保证天线的稳定性。实测结果表明该天线在工作频段内,VSWR小于2,俯仰角0°~20°增益大于1dBi,俯仰角0°~70°增益大于-7dBi,不圆度小于2.5dB。该天线结构稳定,性能优良,可应用于车载通信或其他通信场景中。

Ku波段高增益波导缝隙阵列天线

文章设计了在Ku频段窄边开缝的行波阵波导缝隙天线。首先设计了单根的开槽缝隙天线,其增益可达23.69dB以上,在方位面波束宽度为1.4°,副瓣电平均低于-15dB。64根开槽缝隙天线组阵后能够在4%的带宽内实现增益大于41.88dB,波束宽度在1.4°左右,副瓣电平均低于-13dB。仿真与测试结果均可以表明,该天线能够在Ku波段实现高增益和低副瓣、指向性好,并具有低剖面的优点。

一种大功率圆极化交叉对称阵子天线

为了满足大功率反射面天线的馈源设计要求,文章设计了一种大功率圆极化交叉对称阵子天线,其工作频率在1.19GHz~1.285GHz,天线整体由交叉对称阵子和开槽线巴伦组成。通过开槽线巴伦实现平衡-非平衡馈电。为了实现圆极化,通过改变对称阵子结构,在对称阵子臂相邻90°处增添一对阵子臂,形成交叉对称阵子,并通过调整阵子臂的长度,使其实现90°自相移结构,并最终实现圆极化,由于天线整体均为金属,使得天线可以承受更高的功率。该天线在1.19GHz~1.285GHz频带内电压驻波比(votage standing wave ratio,VSWR)<1.5,圆极化轴比<3dB,实测结果表明,实测和仿真结果基本一致,天线在该频段内实现了较好的圆极化特性。

C频段的“推扫式”卫星扫描天线

该设计结合科研实际需求,研制了工作在C频段的“推扫式”卫星扫描天线。首先,从“推扫式”卫星扫描天线的原理出发,对所需要的环焦反射面进行了优化建模,提出一种新型扇形反射面圆角化的方案,并针对密集馈源阵进行分析。通过计算得到了馈源的位置坐标,在仿真软件GRASP中构造反射面天线的整体模型。为了使密集馈源阵的主波束满足设计指标,设计了遗传算法优化合成后的波束来实现对主波束的优化,通过改变馈源阵的幅相值以达到天线方向图的设计要求,利用仿真优化得到了C频段中心波束达到设计指标所需要的馈源阵规模。最后,对整体模型进行了加工组装。使用近场测量的方法在微波暗室中对天线进行测试,测试结果表明天线波束宽度为0.6°时,主波束效率为98.17%,大于98%,满足设计要求。

基于Gerchberg-Papoulis算法的平面近场截断误差修正方法研究

在平面近场天线测量中,有限扫描面截断是影响测量精度的主要误差源之一,找到解决截断误差的方法是天线测量的研究重点之一.文中将平面近场天线测量中由有限区域内的场求平面波谱的过程抽象为带限函数外推的数学模型,从实际测量中的近远场变换理论出发,论证了GP(Gerchberg-Papoulis)算法应用在平面近场测量中在理论上是切实可行的.将GP算法应用在平面近场天线测量中,并分析了不同迭代次数算法的修正情况.结果表明,随着算法迭代次数的增多,可信角域外计算方向图与理论方向图差别明显减小.因此,本文的方法能够明显减小平面近场测量中截断误差的影响.除此以外,还分析了误差对算法收敛性的影响,结果表明,误差对算法修正效果影响较大.

阵列天线相位中心的计算与分析

为了得到阵列天线的相位中心,本文从阵列天线的场表达式推导出阵列天线远场区的相位方向图与选取的参考点之间的关系式。并根据该关系式,应用最小二乘法得出了求解阵列天线的视在相心的方法。结合得出的结论,对一个矩形平面阵进行了仿真实验,实验证实了本方法的有效性。同时发现,阵列单元在不同角域内对应的视在相心不同,并且阵列天线的视在相心主要取决于阵列单元在相应角域内的视在相心。

一种新型宽频带全向天线的设计

全向天线在下一代宽带移动通信中有着广泛的应用，本文设计了一种新型的交叉馈电宽频带全向天线，通过加宽振子和加载巴伦实现了天线的宽带特性，使用平行耦合双线对两个宽带对称振子进行交叉馈电。本文通过对半波振子天线的理论分析，HFSS仿真软件的计算和加工并实测得到：天线印制在厚度为 1.5mm，介电常数 εr=2.55 的介质板上，实测电压驻波比带宽 44.7%（VSWR〈2.0）,并且在整个频段内方向图不分裂，在设计的频段内方向图不圆度小于2.3dB，增益大于1.6dB。该天线结构简单，易于加工，实用性很强。

宽频比双频耦合线Wilkinson功分器的设计方法

为了实现Wilkinson功分器的宽频比双频工作特性,并简化功分器的总体结构,提出了采用耦合线和隔离枝节相结合的设计方法.和隔离电阻直接与端口连接的功分器形式相比,由隔离枝节构成的功分器结构减小了传输线间的寄生影响.设计并加工了工作在1.0 GHz和2.5 GHz频段的双频Wilkinson功分器,实验与仿真结果吻合,设计的功分器性能良好.

双频带巴伦馈电的宽带双频印刷偶极子设计

研究一种巴伦馈电双频印刷偶极子天线。为了使印刷偶极子天线工作在WLAN频段,H形状的缝隙开在偶极子两个臂上。优化无巴伦馈电的辐射单元,使得天线在回波损耗小于-10dB的情况下工作在2.4GHz(2180-2750MHz)和5.2GHz(5040-5480MHz)。为了展宽带宽,本文设计了一种改进的Marchand巴伦,它能提供两个谐振点以增加阻抗带宽。通过优化辐射单元和双频带巴伦,设计了工作在2150-2750MHz和5050-6230MHz的印刷偶极子天线。设计公式在文章中已经给出,计算和测试结果吻合得很好。

Ka波段紧缩场天线的设计

设计了一个Ka波段紧缩场天线。馈源设计结合角锥喇叭在反射面边缘照射电平下降快与波纹喇叭波瓣宽度宽的特点,通过给角锥喇叭加扼流套的改进设计来实现对反射面的照射。反射面采用锯齿型边缘来降低边缘的绕射作用,并进一步在无法加工锯齿部位贴附三角形吸波材料来减小绕射对静区特性的影响。暗室内采用平面测量结果表明,Ka波段紧缩场天线静区特性满足设计指标要求。

矩形微带串馈天线阵的设计与分析

对矩形微带串馈梳状天线阵的设计理论和方法进行了研究,从等效电路中分析得到阵元参数的提取办法。采用加四分之一波长阻抗变换段的方法,降低串馈阵的副瓣电平。在理论的基础上,设计了1×8的矩形微带串馈阵,使用HFSS对其阵列进行仿真,结果达到要求的指标。

宽带圆极化锥形辐射单元阵列天线的设计

基于L型探针馈电提出了一种宽带圆极化锥形辐射单元天线的设计方法。为了提高轴比带宽,馈电网络应用带L型馈电探针的宽带90°电桥,锥台单元取代普通平面贴片作为辐射单元。4个单元组阵后可得到的峰值增益为12.7 dB。馈电网络在介质基板的底面以此来减小天线总体尺寸。测量结果与仿真结果吻合良好,天线可实现40.1%(VSWR<2)的阻抗带宽,42.7%的轴比(AR<3 dB)带宽。

一种结构紧凑的双极化微带阵列天线设计

提出了一种结构紧凑的2×4双极化微带天线阵列设计,该天线采用的阵元是矩形微带贴片。采用三维电磁场仿真软件HFSS13对天线进行仿真,仿真结果表明:该天线两个馈电端口在5.1~5.8GHz的频带范围内电压驻波比(VSWR)均小于2,阻抗相对带宽分别达到14.5%和16%,增益大于17d B。其尺寸较小,制作简单,满足工程实际应用需求。

宽带圆极化微带缝隙天线的设计

本文提出了一种弯曲型馈电的新型紧凑宽带圆极化缝隙微带天线的设计。该天线由一切角的方形环辐射贴片和新型带线构成。使用弯曲微带线激励形成圆极化辐射模式。通过在环形缝隙对角方向引入一对金属加载,可以有效地提高轴比带宽。测量结果表明,该天线具有90.59%(3.2～8.5 GHz)的阻抗宽带和84.2%(3.3～8.1 GHz)的3dB以下的轴比带宽。

一种高效率微波无线能量传输系统

微波无线能量传输技术是一种新的能量传输方式,在太阳能电站、深空探测等领域具有广阔的应用前景。基于目前微波无线能量传输技术国内外发展现状,理论分析微波无线能量传输系统关键技术,提出微波无线能量传输系统设计方案,完成微波无线能量传输系统各关键分机研制,搭建试验系统并完成试验测试,测试结果表明,当传输距离为12米时,系统DC到DC的传输效率达到16.5%。

一种宽频带高增益圆形贴片天线

本文提出了一种新型的宽频带、高增益贴片天线,这种天线在频带内拥有良好的方向图特性。天线的频带范围从1GHZ到3.5GHZ,这个天线的尺寸是0.9λx0.9λx0.14λ,阻抗带宽达到了111%(驻波比小于2)。设计的贴片天线采用耦合馈电形式,天线在频带范围内方向图对称,没有出现裂瓣,最高增益达到10.5dBi,交叉极化在-20dB以下。

波导缝隙天线的EBG的应用

研究一种新型的EBG结构在波导缝隙天线中的应用。这种新型的EBG具有可以有效抑制表面波的特性,提出了在阵面缝隙单元间加载EBG周期单元结构的方案,抑制波导缝隙天线之间的互耦。通过与传统的波导缝隙天线进行比较得出加载新型EBG结构的波导缝隙天线在互耦上有很大改善。

一种全向圆极化微带天线

基于环天线-偶极子模型,本文采用了一种新结构设计了一款全向圆极化微带天线[1]。这个天线有尺寸小,结构紧凑,辐射性能好和带宽宽的特点[2][3]。设计全程使用hfss软件进行全波仿真,主要的参数被优化,性能很好的实现。

X波段宽边波导缝隙天线的设计

阐述了矩形宽边波导缝隙天线的相关理论,介绍了宽边波导缝隙行波阵的设计方法。首先根据指标要求,结合泰勒分布并利用Ansoft HFSS高频仿真软件来获取缝隙初始导纳参数;然后合理选择数据拟合方法和变量形式拟合缝隙电导与缝隙偏置函数。采用该方法设计了中心频率为10GHz的20个缝隙单元的行波直线阵,理论计算时E面副瓣电平按-20d B设计的泰勒分布,仿真得到的最大副瓣为-19d B。

准远场天线测量修正方法研究

远场测量是获得天线辐射特性的一种常用方法。然而对于一维电尺寸大,另一维电尺寸小的天线,如基站天线,由于场地因素的限制,往往不能满足远场测量条件,用近场测量又费时费力。在这种准远场条件下,天线测量结果与远场情况下的测量结果有较大差异。本文基于柱面波展开,给出了一种由准远场距离上测得的方向图计算远场的理论计算方法,经过该算法补偿后的结果与理论计算结果吻合很好,从而验证了算法的正确性。