微波毫米波平面共口径天线

随着无线通讯和雷达成像等现代无线系统的迅速发展和广泛应用,人们对系统前端的天线提出了更多的需求。共口径天线将多种不同频带或不同功能的天线集成在同一口径,通过在有限口径内对天线单元进行合理布局,显著提高空间利用效率,并在不同天线之间实现高隔离,确保各天线独立工作。根据辐射口径分布情况,共口径天线设计方法可以分为:嵌套技术、交错技术和复用技术。与立体型共口径天线相比,平面共口径天线具有尺寸小、重量轻、成本低、易于集成等优点。本文介绍了微波毫米波平面共口径天线的研究现状,重点介绍了基于交错技术和复用技术的毫米波平面共口径天线,并对共口径天线技术的发展进行了展望。

一种直升机载X/Ka双频段雷达共口径天线

提出一种偏照馈电的X/Ka双频段极化扭转式卡塞格伦天线形式,实现了气象和防撞雷达系统共用一副天线,达到降低气象和防撞雷达设备体积和重量的目的。天线的试验结果表明,天线波束扫描范围内,在X频段,天线的副瓣电平优于-20.2 dB,天线效率优于44.8%;在Ka频段,天线的副瓣电平优于-20.1 dB,天线效率优于40.2%。该天线能兼顾满足气象和防撞雷达系统的技术要求,具有一定的工程应用价值。

一种新型高增益双频段共口径天线阵的设计

提出了一种新型超宽带(UWB)高增益的双频段共口径天线阵。该天线阵由四个T形组合的双极化天线、一个6×6的波导缝隙阵列天线和一块圆形金属基板组成。双极化天线工作于2.33～12 GHz,采用全金属Vivaldi天线T形排列,位于金属板上方。波导缝隙天线阵工作于X波段9.8～10.3 GHz,位于金属板下方。双极化天线阵与波导缝隙天线阵位于同一阵面,由圆形金属板分隔开,提高空间利用率的同时能有效减少天线之间的互耦,解决了共口径天线隔离效果较差的难题。采用HFSS软件仿真,仿真结果显示该共口径天线阵具有隔离度高、超宽带、高增益、口径效率高等优点,适用于现代通信系统和电子对抗领域。

双频双圆极化共口径天线设计

设计了一款X/Ku波段的双频双圆极化共口径天线。首先,采用微带开槽的方法分别设计了单层结构的低频右旋和高频左旋圆极化单元。然后,通过合理的布局,设计了两套独立的顺序旋转馈电阵列,提高了天线的增益和圓极化轴比。仿真结果显示,X波段天线的-10dB阻抗带宽为10.23GHz~11.32GHz(相对带宽为10.19%),圓极化带宽为10.61GHz~10.94GHz(相对带宽为3.08%);Ku波段天线的-10dB阻抗带宽为16.51GHz~18GHz(相对带宽为8.61%),圆极化带宽为17.02GHz~18GHz(相对带宽为5.66%)。高低频的隔离度在θ从-30到30°的范围内保持在10dB以上,有很好的圆极化特性。所设计的天线结构简单,尺寸小,圆极化性能好,隔离度高,可应用于卫星通信中。

一种用于宽角扫描共口径相控阵的高性能天线单元

为了满足毫米波高密度、宽角扫描共口径相控阵天线对高性能、紧凑型天线单元的需求,提出了一种宽带Ku/Ka共口径天线单元设计方案.Ku频段双极化天线采用“十”字形贴片作为辐射体,一对正交放置的缝隙用于激励两个正交工作模式.Ka频段天线为探针馈电的磁电偶极子天线,加载的4个小贴片起调节匹配和方向图的作用.同时,Ka频段天线对Ku频段天线起寄生加载作用,在有效降低Ku频段天线谐振频率的同时扩展阻抗带宽.仿真结果表明,Ku频段天线水平和垂直极化分别工作在14.4~17.6 GHz和14.4~17.4 GHz,-10 dB阻抗带宽分别为20%和18.7%;Ka频段天线工作在30~40GHz,-10dB阻抗带宽大于28.5%,测试结果与仿真结果吻合良好.所提出的共口径天线单元具有尺寸小、带宽宽的特点,其横向尺寸为8.5 mm×8.5 mm(0.45λ×0.45λ,λ为Ku频段中心频率16GHz对应的波长).本文为高密度、宽角扫描共口径相控阵天线提供了新颖的天线单元设计方案.

一种两宽带天线共口径的设计

给出了一种两宽带天线共用一个口径的设计．天线制作在420×200mm^2的PCB板上，其中一副天线由阻抗加载的矩形及倒L形金属片构成，两者之间使用了一个低通匹配网络进行连接．此天线实现30～600MHz驻波比小于3的宽带匹配，其中86～110MHz之间为陷波设计．另外一副天线采用开式套筒结构，实现了800～1200MHz驻波比小于2．2的设计．利用天线1的低通匹配网络作为天线2的开式套筒，从而实现了共口径设计．

一种双频多极化共口径波导天线阵列

针对雷达应用中共口径天线阵列的小型化问题,提出了一种实现双频多极化波导天线阵列的有效设计方法。该天线阵具有口径共用、低剖面、重量轻、辐射效率高等特点。该天线阵列由工作在L波段的线阵和C波段的双极化线性阵组成。L波段线阵为垂直极化矩形背腔缝隙天线,C波段双极化线阵为脊波导缝隙天线阵。L波段天线位于两个C波段垂直极化开槽波导之间,同时位于C波段水平极化波导下方。为了实现共口径天线阵列的小型化,在L波段矩形波导中引入了一种有效金属桥馈电设计。为了验证所提出设计的可行性,加工了一个工作在C波段的8×16天线阵列和工作在L波段的2×2天线阵列实物,并进行了测试。实验结果表明,在电压驻波比小于2的情况下,该天线阵在L波段的阻抗带宽约为12%,在C波段的阻抗带宽约为5.5%,天线辐射效率在85%以上。

Ku/Ka双频共口径微带阵列天线设计

采用双频段天线共面嵌套放置,实现了结构紧凑的Ku/Ka双频共口径微带阵列天线设计。Ku频段天线单元采用微带线侧馈,Ka频段天线单元通过在接地板开L形缝隙进行耦合馈电实现圆极化工作。仿真和测试结果表明了设计的可行性。Ku/Ka频段天线仿真的相对带宽分别为2.2%和4.3%,实测结果分别为2.1%和3.4%。该结构的天线可应用于Ku/Ka频段的卫星通信中。

主被动复合导引头天线共口径配置研究

对主被动复合制导系统中的几种共口径天线配置技术进行了研究 ,其中被动测向系统中的天线为一个或多个宽带螺旋天线 ,主动雷达中的天线为标准旋转对称抛物面天线或其切割变形结构。对主被动天线之间的相互作用和影响进行了分析计算 。

一种结构新型的双频双极化共口径微带天线

介绍了一种结构新型的双频双极化共口径缝隙耦合微带天线,天线工作的中心频率分别为2.1GHz(L波段)和8.6GHz(X波段),在两个工作频率采用了底馈的馈电方式。用时域有限差分法分别对L波段和X波段双极化的微带辐射单元进行了模拟分析,制作了L波段的2×2元即X波段的8×8元阵天线,同时给出了测量结果。

某共口径平板天线制造技术研究

平板裂缝天线具有高增益、低副瓣、体积小和重量轻等优点,广泛应用于机载雷达领域。一般来说其具有结构复杂、精度要求高、成本高和加工易变形等特点。为保证质量,在提高其设计的工艺性的同时,需要对其进行详细的工艺设计和严格的制造过程控制。文中介绍了一种较复杂的共口径平板裂缝天线的精密制造技术,提出并讨论了其工艺设计和制造过程的要点,重点分析了工艺分解方案、造成其加工变形的主要因素及在变形控制方面采取的具体措施。实践证明所采用的制造技术是成功的,对类似问题的解决提供了有益的参考。

C/Ku波段共口径宽角度扫描相控阵天线

设计了一款具有高功率容量与宽角度扫描特性的C/Ku双频段共口径平面相控阵天线。在同一辐射口径内,相控阵天线包含有基于平面偶极子单元的C波段4×4阵列,以及基于混合零阶谐振贴片单元的Ku波段8×9阵列。所设计的相控阵天线的宽角度扫描性能归功于双频段阵元天线的宽波束辐射特性。下层混合零阶谐振贴片天线既能作为Ku波段的宽波束辐射单元,又能够为C波段的偶极子天线提供零反射相位,进而基于镜像原理拓宽偶极子天线的波束宽度。并且,对天线进行了介质埋入式设计,避免了空气击穿以提高天线系统功率容量。全波仿真结果表明,所提出的共口径相控阵天线在C和Ku双频段均实现了±45°的波束扫描,增益波动小于3 dB,天线阵列在各单元输入功率之和为1 W时功率容量达18.9 MW。

弹载双波段共面单脉冲天线的设计

采用多模馈源和极化隔离技术,设计出适合小弹径导弹使用的共口径双波段卡塞格伦单脉冲天线。研制出来的主被动单脉冲雷达跟踪天线,较好地解决了和差矛盾问题,达到了被动天线频带宽、主动天线高增益、低副瓣的特性要求。

支持未来全频谱接入通信的基站天线研究综述

随着移动通信系统的快速更新迭代,使用的频段也越来越丰富,支持全频谱接入通信成为未来基站天线的发展趋势.而日趋紧张的站址资源对未来基站天线的小型化水平提出了更高的要求.文章首先介绍了当前多频段基站天线的研究进展和成果,概括了并排式、交错式、堆叠式和嵌套式四种多频段结构类型,着重分析了异频耦合的产生原理和抑制方法;然后总结出共口径技术和异频解耦技术是未来全频谱基站天线的关键技术;最后阐述了当前共口径技术和异频解耦技术存在的局限性,展望了未来全频谱基站天线的研究方向,包括多种共口径方式组合技术、宽带异频解耦技术和大规模共口径天线阵列解耦技术.

脊波导缝隙圆极化天线的设计

设计了一种新型脊波导缝隙圆极化天线。在脊波导宽边开并联纵缝,从波导耦合电磁波至其上方的四脊波导圆极化器,实现圆极化辐射。采用脊波导不仅减小了单元尺寸,更改善了天线的带宽性能。重点研究了四脊波导圆极化器对相互垂直的两辐射场分量的影响,优化单元的轴比特性。在提取单元谐振电导的基础上,设计了工作在10GHz的1×10圆极化波导缝隙阵列。对天线实物测试得到中心频率处的增益为16.8d B,第一副瓣电平为25d B,阻抗带宽约为8.5%,相对轴比带宽(AR≤3d B)约为3.2%。

无线传能磁通信带内干扰抑制射频架构与算法

针对磁耦合无线电能与数据协同传输系统中磁耦合数据通信面临的传能装置谐波干扰,建立了基于DD线圈的通信和干扰感测相互隔离的射频通道,并在数字域采用基于递归最小二乘(Recursive Least Square,RLS)算法的数字干扰对消,抑制通信链路的残余传能干扰。通过仿真验证了方案的可行性。建立了中心频率17.6 MHz、通信带宽2 MHz的通信与干扰感测通道,并基于GNU Radio和X310软件无线电平台完成了算法验证,成功恢复出受传能谐波干扰的正交相移键控(Phase-Shift Keying,QPSK)通信信号星座图,将带内干扰谐波抑制了12 dB以上,提升了磁耦合通信链路抗干扰能力。

基于无线电力载波的kW级非接触能量数据传输系统研究与设计

为解决传统注入式电能和数据非接触同步传输方案存在的通信速率低、交叉干扰强、传输功率等级小、电压等级低、可靠性差等问题,提出了“无线电力载波”的电能数据同介质同步传输方案。该方案将感应式无线电能传输技术与电力线载波通信技术有机结合,并采用共口径天线,实现了电能与数据的同介质无线传输,不但电能传输功率大、转换效率高,而且数据传输速率高达几十Mb/s。分析了功率传输链路和数据传输链路的设计及解耦实现原理,并在实验室构建了一台300 V输入、1.5 kW/6.5 A输出、传输距离30 mm的原理样机对方案进行验证。实验结果证明了该方案的可行性和先进性,在实现92.5%电能转换效率的同时实现31.4 Mb/s的高速数据同步传输。

面向5G移动通信的滤波天线及阵列

本文介绍了本课题组在微波毫米波滤波天线技术方面的研究进展及其在5G天线阵列中的应用情况。介绍了不需额外滤波电路、在辐射体上集成滤波功能的天线设计方法,并且利用滤波单元的带外抑制功能进行Sub-6GHz双频共口径天线阵列的异频去耦,实现了5G与2G/3G/4G天线的高度集成,有助于解决5G网络建设中天线安装空间严重不足的问题。介绍了毫米波滤波天线与阵列的设计方法,在近似不影响带内性能的情况下实现了带外抑制,有助于克服毫米波滤波器损耗大或难集成的问题。