一种新型双频双圆极化复合微带天线设计

针对空间微波能量收集的应用场景,提出了一种微带线行波激励的双端口双频双圆极化复合微带天线。该天线由一个工作在低频段的微带圆环和一个工作在高频段的微带圆片复合而成,分别由两种不同的正交十字缝隙耦合馈电,采用微带线级联依次相差90°顺序旋转四馈电实现圆极化,通过对称性结构设计,分别从两个不同端口输入获得双圆极化性能。实验结果表明:在880~960 MHz和1.85~2.45 GHz频带内S11<−10 dB,阻抗相对带宽分别为8.7%和30%;在885~920 MHz和1.86~2.43 GHz频带内轴比小于3 dB,圆极化相对带宽分别为4%和29%;天线的方向性在工作频段内良好,在低频段增益达到5.4 dB,在高频段增益达到7.7 dB。该天线结构紧凑且加工简单,为双端口双频双圆极化天线的研究与设计提供了新思路。

可用于WLAN的双频MIMO天线设计

设计了一款可用于WLAN的双频MIMO天线。天线的正面为L型单极子,背面为金属接地板。通过在接地板上加载耦合枝节使天线具有双频特性。同时,为了天线的小型化,对耦合枝节进行了弯折处理,减小天线尺寸。在两个天线单元之间加载T型寄生枝节和刻蚀矩形缝隙来提高天线的隔离度。使用电磁仿真软件和矢量网络分析仪对天线进行仿真和实测,结果表明:天线的工作频段为2.4~2.55 GHz和5.1~6.3 GHz,覆盖了WLAN的频段,同时在低频段内隔离度高于19 dB,高频段内隔离度高于25 dB。此外,天线的包络相关系数小于0.01且具有全向辐射特性。天线整体性能较好,可以满足WLAN的需求。

加载人工磁导体的双频柔性可穿戴天线

该文研究了一种加载人工磁导体(AMC)的双频柔性可穿戴天线,天线的谐振频率为3.5 GHz和5.8 GHz。天线由双频单极子天线和4×4阵列的双频人工磁导体构成,均采用柔性材料作为介质基板。天线尺寸为0.70λ_(0)×0.70λ_(0)×0.05λ_(0)(λ_(0)为3.5 GHz时的自由空间波长)。人工磁导体的介质基板为3层结构,增加了相位响应,使用双环开槽结构延长电流路径长度,实现了双频的宽带同相位反射。人工磁导体的引入有效降低天线的背向辐射,从而降低比吸收率(SAR),同时提高天线的增益。仿真结果表明,该天线性能受结构变形和人体载荷的影响较小。在工作频段内天线的阻抗带宽分别为7.5%和4.0%;峰值增益分别为7.86 dBi和8.06 dBi。在3.5 GHz和5.8 GHz的比吸收率分别为0.2 W/kg和0.06 W/kg,均小于美国联邦通信委员会标准。为了验证仿真结果,对天线进行加工测试,实测与仿真结果基本一致。实验结果表明,加载人工磁导体的天线具有良好的鲁棒性和增益以及较低的比吸收率,适用于可穿戴无线通信系统。

基于SIR多模谐振器的双频滤波天线设计

本文设计了一款基于多模谐振器的双频滤波天线,其滤波谐振器采用阶跃阻抗谐振(SIR)来进行枝节末端分流结构小型化设计,可以灵活控制两个频段的中心频率。与加载开路短截线的矩形单极子天线相比,集成设计构成滤波天线,其工作在ISM频段(工业、科学和医学频段),两通带外引入3个辐射零点,实现了工作频段的高选择性,增益分别为1.60 dBi和4.03 dBi。测试结果表明,该天线反射系数、峰值增益和辐射方向图与设计仿真结果吻合良好,具有较好的滤波和辐射特性。

基于诱导磁的惠更斯超表面与毫米波透镜天线应用

超表面因强大的电磁操控能力,在现代无线通信及毫米波雷达等领域展现出巨大的应用潜力。在结构极简的超表面上实现尽可能丰富的电磁功能是工程界孜孜以求的目标。以诱导磁机制为出发点,对结构极简的惠更斯超表面进行了系统性研究,并对其在毫米波透镜天线中的潜在应用进行了全面综述。诱导磁机制能够利用单层印制电路板(Printed Circuit Board,PCB)基板的双层金属图案激发磁谐振,进而激发惠更斯谐振,在电磁波调控方面突破了传统频率选择表面的移相限制,并为在结构极简的超表面上实现高效的透射波操控铺平了道路。惠更斯超表面的潜在应用包括单极化、双极化、双频带、低剖面和透/反双功能超透镜天线设计。由于可以使用单层PCB基板制备,制备容易、成本低廉,基于诱导磁的惠更斯超表面对于未来天线工程有着重要的应用价值。

高增益反射型超表面多波束双频天线设计

提出了一种高增益多波束双频天线,通过超表面的电磁调控特性实现在双频段的波束聚焦和波束偏转。所设计的多波束双频天线由反射型超表面和双频微带天线两部分组成。为实现焦距为40 mm的波束聚焦和±30°波束偏转,将双频微带天线放置在超表面下方40 mm的水平面上。根据天线上方相位近似于0和π的两个超表面单元合理排布,天线位于焦点正下方时在14.5 GHz和22.7 GHz实现了波束聚焦,天线偏离焦点±35 mm处时在14.5 GHz和22.7 GHz实现了±30°波束偏转。仿真结果表明,不同位置天线在双频段实现了不同的波束调控效果,相较于没有超表面时,天线低频段内增益增大了11.56~14.03 dBi,高频段内增益增大了10.74~13.07 dBi。所设计的超表面天线实现了在双频段的高增益、波束调控性能。

一种宽带±45°双线极化阵列天线设计

为了满足宽带大功率相控阵极化调整、灵活干扰的应用需求,需要对±45°双线极化的阵列天线开展研究。阵元主体由金属交叉偶极子构成,通过引入金属寄生层、宽角匹配层进一步拓展了工作带宽,改善了大角度扫描特性;采用同轴巴伦实现平衡馈电和阻抗变换,使用金属反射腔体调节组阵后相邻单元间的边界条件,从而优化了阵元间的互耦特性。实验与仿真结果表明,该阵列天线在0.96 GHz~2 GHz的工作频段内具有良好的辐射特性,可以实现二维±30°的波束扫描;并且,该阵列天线具有结构简单、易于安装、耐功率性能好的特点,适合于大功率宽带干扰相控阵系统的应用。

面向2G~5G通信的双频双极化基站天线设计

为满足多种通信制式融合的无线通信需求,提出一款覆盖2G、3G、LTE、Sub-6 GHz波段的交叉偶极子基站天线。2对呈±45°正交的偶极子用以实现天线的双极化特性,辐射单元中的扇形内环、钻石状的外环分别对应天线要实现的低频以及高频波段,可以通过对内环以及外环结构参数的调整实现对2个频段的独立控制。天线上方的寄生贴片用以优化天线阻抗匹配。通过制作实物,测得天线在2个频段分别具有49.9%(1.70~2.80 GHz)和19.2%(3.20~3.88 GHz)的相对带宽,隔离度整体优于20 dB,主视轴的交叉极化比优于21 dB,2个波段的半功率波束宽分别为66°±5°、78°±6°。与已有研究比较,该天线结构简单,在交叉极化和增益方面具有显著优势。

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。

小型宽频带双极化电磁兼容性测试天线的设计与实现

为解决飞行器舱段等特定狭小空间内的电磁兼容性(Electromagnetic Compatibility,EMC)现场测试需求,设计与实现一款新型的小型宽频带双极化EMC测试天线。基于传统Vivaldi天线性能分析,采用修型设计并优化天线表面电流分布,设计一款新型宽频带单极化天线;运用非对称双极化设计方法,并组合两幅新型单极化天线,设计一款高隔离度的双极化EMC测试天线。仿真分析和实测结果表明:双极化EMC测试天线的工作频带为0.33~3.40 GHz(电压驻波比小于2),工作频带内天线方向图无裂瓣且增益平坦,天线系数达到17~36 dB/m,双端口隔离度优于35 dB;双极化EMC测试天线的尺寸为450 mm×450 mm×450 mm,适用于飞行器舱段等狭小空间内EMC辐射发射现场测试,有助于测试效率提升。

基于RTK和IMU的多行播种定位系统研究

在耕种过程中,为了保持株距行距一致性、使作物长势均匀,提高后续管理便捷性,以及提高粮食产量,需要精确记录植株空间位置分布信息。为提高植株位置定位精度,本研究设计1种基于双天线RTK和IMU的多行精播机播种定位系统,利用RTK/IMU组合定位方式检测系统定位坐标及航向,通过落种检测模块判断落种状态,完成落种数据提取以及定位数据的采集,并设计了基于双天线RTK和IMU的播种定位算法,结合卡尔曼滤波融合算法获取播种机位置和姿态,根据排种机构与RTK天线及IMU相对位置,设计基于相对排种器位置模型的落种位置解算算法,实现各排种单体落种位置实时解算。实验表明系统在进行直线播种时作业速度在7 km/h以内或在进行弯道播种时作业速度在3 km/h以内时,能准确测量落种位置,均方根误差均小于30 mm,可以满足在精密播种过程中对落种位置预测精度的要求。

二维/三维可调纸基超材料天线

为满足移动通信系统对多频段、小型化天线的设计需求,结合超材料的结构优势,基于折纸技术设计了一种二维/三维可调双波段纸基超材料天线。为了说明纸基天线易加工、低成本、易携带等特点,分别将导电银浆涂覆在不同纸基材料上制备了天线实物样机。仿真和测试结果表明,在二维和三维状态下,天线分别工作在2.45 GHz和1.40 GHz频率处,且通过调节内环折叠角度可实现工作频段的调控。此外,分别研究了二维和三维天线的辐射方向图。二维天线的主辐射方向与天线所在平面垂直,而三维天线的主辐射方向受内环折叠角度调控。所设计的纸基超材料天线为实现工作频段可切换的天线设计提供了新思路,在便携式移动终端、多波段通信等领域具有广阔的应用前景。

双陷波可重构特性的蓝牙超宽带天线设计

提出了一种具有双陷波可重构特性的蓝牙/超宽带(UWB)天线。天线由削顶圆形单极子天线加载1/4波长圆弧枝节组成。在圆形贴片上刻蚀2个半波长圆形缝隙,实现WLAN(5.125~5.825 GHz)和ITU(8.025~8.4 GHz)频段的陷波功能。通过控制安装在陷波结构中PIN二极管的工作状态,能够实现陷波的可重构特性。测试与仿真结果表明:在天线工作频段2.39~2.52 GHz和2.92~12 GHz内,天线辐射性能良好,峰值增益达到5.2 dBi。可广泛应用在各种通信系统。

基于GNSS双天线测姿的水位监测方法

水位监测是雨水情监测预报“第三道防线”中的重要内容,精确、实时的水位监测在洪涝灾害防御中至关重要。水位计是最常见的水位测量工具,其能有效测量特定区域的相对水位信息,但往往存在成本较高、空间分辨率较低等问题。由于全球导航卫星系统反射测量(Global Navigation Satellite System-Reflectometry,GNSS-R)技术具有低成本、高时空分辨率的优势,因此提出了一种基于全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)双天线测姿的实时水位监测新方法。该方法通过双差观测组合,消除了卫星钟差、接收机钟差、电离层延迟、对流层延迟等误差。为了验证该方法的稳定性和可靠性,在北京市东沙河站开展现场试验。2023年6月5日至7月10日的实验结果表明该方法可以实现1 Hz的水位监测,与现场水尺数据相比,均方根误差为2.88 cm。

双圆极化近场成像张量全息超表面

近场波束赋形可用于近场通信、无线功率传输等领域,而基于全息超表面设计的近场成像天线具有剖面低、无需馈电网络和波束调控灵活等优势。对标量和张量全息超表面近场成像进行了理论推导、仿真分析和实物验证。在此基础上,利用张量全息超表面设计了一款集成平面馈源的近场成像天线,全波仿真和测试结果相吻合,验证了该超表面具有可同时利用左旋和右旋圆极化进行近场成像的能力。

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。

一种宽带双极化波束切换微带天线的设计

以海港码头集装箱堆场的远程(无人化)操控系统为应用背景,提出一种控制方法简单和可实现性好的宽带双极化波束切换微带天线系统。该系统整体由微带阵列天线和波束控制电路两部分组成,其中微带阵列天线包含天线阵A和天线阵B两种类型。所涉及的双极化微带天线采用新型双贴片结构,使得天线实现较宽工作带宽的同时保持较高的极化隔离度;同时,通过在底层辐射贴片上开正方形环槽,实现天线的小型化。波束控制电路采用SP6T射频开关芯片,通过合理的电路设计布局,将两组射频开关集成于一块电路板,在保证低损耗、高速的多波束切换的同时减小了电路尺寸。实测结果表明:该天线的带宽达到21.8%(反射系数小于-10 dB),隔离度大于20 dB,在整个工作频段内该天线系统六个波束能够无缝覆盖-90°~90°工作区,增益优于12 dBi,双极化性能良好。

双极化天波大规模MIMO鲁棒预编码方法

天波通信利用电离层反射短波信号,在没有中继站的情况下能够实现数千公里的超长距离信号传输。此外,天波通信还具有广泛的覆盖区域、强大的抗干扰能力和良好的机动性,在应急救灾及边远地区信息服务等领域有重要价值。大规模MIMO应用于天波通信可以极大地提升系统性能,为了应对高移动场景下不完美CSI对天波大规模MIMO系统性能带来的严峻挑战,提出一种使用双极化天线的鲁棒预编码方法。通过建立双极化天波大规模MIMO后验信道模型,用统计方式描述信道估计误差、信道老化和空间相关性,给出相应的能效最大化优化问题。针对这一问题,提出了考虑交叉极化干扰的鲁棒预编码器设计的迭代算法。数值结果表明,与传统方法相比,所提算法能提高天波大规模MIMO系统的性能。

缝隙加载的低剖面双频北斗天线设计

本文设计了一款应用于北斗系统(BeiDou System,BDS)的新型低剖面双频段贴片天线.该天线基于单层贴片天线结构,通过“桥形”缝隙加载的方式,引入新的谐振频率,使天线工作在双频段(分别以1176 MHz和1575 MHz为中心频点),实现共面双频辐射.同时加载4个环形缝隙,仅用一组馈电针进行耦合馈电,方便调节阻抗匹配,同时减少馈电针数量,简化馈电网络复杂性.另外在天线侧面加载“π型”金属枝节,进一步优化高频阻抗匹配.实测结果表明,该天线在B1C频段和B2a频段的增益大于3.5 dBic,轴比均小于3 dB.频谱显示,该天线能工作于北斗系统的B1C、B2a频段,有望应用于北斗定位系统终端设备.

一种超宽带双陷波可穿戴天线设计

基于牛仔布柔性材料,设计了一种小型化双陷波超宽带可穿戴天线。天线由牛仔布料基板、开槽单极子辐射贴片和缺陷地平面构成,具有超宽带特性,能覆盖3.1~10.6GHz的超宽带频段范围。通过在天线接地板刻蚀两条新型蜿蜒形槽和在单极子辐射贴片上添加对称枝节以实现双陷波特性。该天线结构紧凑,尺寸仅为24mm×28mm×0.84mm。仿真的-10dB天线工作带宽为143.7%(2.95~18GHz),并且天线在3.24~3.87GHz和5.11~5.91GHz频段内具有双陷波特性,能有效抑制全球微波互联接入系统(WiMAX)和无线局域网(WLAN)频段的干扰。此外,对天线的可弯曲性、辐射性能以及人体安全性能进行了分析。测试与仿真结果基本一致,表明该天线可用于可穿戴系统中。