一种右旋圆极化微带天线的设计

在传统圆形微带天线的基础上,设计了一种北斗卫星导航系统的右旋圆极化微带贴片天线。基于腔模理论,采用在传统的圆形贴片天线上开槽和单一馈电点的方法,设计仿真天线的优化模型。优化结果显示椭圆极化轴比<3 dB,实现了天线的圆极化。已根据仿真优化结果由PCB制板制作出圆极化天线样品。在北斗B1(1 561 MHz)频点上,把样品接入北斗授时型接收机系统进行对比测试,系统运行稳定。仿真结果及测试结果均说明该方案是可行的。

一种用于S频段的右旋圆极化卫星通信天线

通常S波段卫星通信天线具有尺寸面积大、外形结构不简便、不易于加工、价格高、轴比差和工作带宽比较窄等缺陷,针对这些问题,设计出一种工作于S波段的右旋圆极化印刷天线。通过将两个1/4圆环大小形状的辐射体,设置在圆形辐射体的对角位置上,使其和圆形辐射体产生互相激励的作用,从而产生两个在幅度上相等、在相位上相差90°的线极化方式的电磁波,这样就可以形成右旋圆极化(RHCP)方式的电磁波,实现右旋圆极化(RHCP)。该天线可以对PCB板背面的矩形耦合单元进行切角,通过调整切角的大小,形成一个形状不规则的矩形耦合单元,从而达到改变该右旋圆极化天线的阻抗匹配和轴比大小的目的。这种天线结构外形简便,尺寸面积小,相对轴比的带宽比较宽,可以满足S波段上行工作频率1980MHz~2010MHz,下行工作频率2170MHz~2200MHz的卫星通信要求。

基于HFSS的圆极化电磁波虚拟仿真教学案例设计

为提升教学效果,解决学生理解电磁场与电磁波中抽象的圆极化概念带来的教学问题,采用高频结构仿真器模拟圆极化电磁波产生,设计圆极化天线虚拟仿真实验教学案例。在虚拟仿真实验教学中,采用图形和数据解释圆极化波产生过程,学生可理解圆极化天线和分析圆极化波的特性,透彻理解圆极化波的产生和圆极化天线的设计。通过可视化的圆极化波虚拟案例教学,不仅能够帮助学生理解抽象的圆极化概念问题,还能激发学生学习电磁场与电磁波的兴趣。

矿井UWB定位系统中圆极化天线的优化设计和应用

天线是矿井UWB定位系统的重要组成部分,为了抑制矿井UWB定位系统接收到多径反射信号,提高矿井UWB定位系统的定位精度,对传统圆极化天线结构进行优化,设计了一种新型右旋圆极化微带天线。先将矩形开槽改为十字开槽,改变电流轨迹,使两正交线性极化电场的相差更接近90°,从而降低轴比,使天线的圆极化纯度更高;再将十字开槽平滑扩展为菱形开槽,达到提高交叉极化电平、抑制正交旋向的效果,使天线实现更高的右旋圆极化纯度。采用HFSS软件对该新型右旋圆极化微带天线进行仿真,仿真结果表明,主辐射方向交叉极化电平>10.4 dBi,可以达到很好的右旋圆极化效果。新型右旋圆极化微带天线样品的工作频带和回波实测结果同仿真结果基本吻合,说明该新型天线结构易于加工且正常容差内的工艺偏差对天线性能的影响程度相对较小。将制作的新型右旋圆极化微带天线样品用于基于到达相位差的UWB定位系统,并在隧道环境下进行现场测试,测试结果表明,信号到达相位差稳定性有明显改善,对多径效应有明显的抑制效果,可以有效提高UWB定位系统的定位精度。该新型右旋圆极化微带天线具有体积小、质量轻、易于制作等优点。

一种双频双圆极化微带天线的设计

极化复用是提高通信容量和系统抗干扰能力的一种有效手段。天线同时辐射两个极化的电磁波才能够支持极化复用。文章提出了一种双频段微带天线,能够同时辐射两种圆极化波。天线利用单馈电法实现圆极化,利用双层贴片堆叠实现双频工作。文章最后利用三维电磁仿真软件,对微带天线进行了仿真验证,仿真结果表明该天线满足双频双圆极化性能。

一种宽频带宽角度圆极化微带天线的设计

设计了一种实用型宽频带圆极化微带天线,在容性探针顶部附加圆形贴片进行耦合馈电的基础上,通过平衡馈电提高了天线的阻抗带宽(VSWR≤2)和在宽角度内实现了圆极化(AR≤3 dB).利用有限元积分软件CST对天线的参数进行优化仿真,通过实验测试表明:仿真与实测吻合较好,满足实际应用的需求.

导航终端双频圆极化天线的设计

设计了一款应用于北斗导航卫星系统(CNSS)和全球导航卫星系统(GNSS)的双频圆极化微带天线,该天线覆盖了1 258～1 278MHz和1 575～1 609MHz频段.天线采用了3dB电桥作为馈电网络,展宽了阻抗带宽的同时也实现了天线的右旋圆极化并提高了圆极化性能;另外为了抵消探针引起的感抗,在探针的顶层串联了电容能更好的实现阻抗匹配,有效地降低了天线的驻波比.通过HFSS软件建模仿真,结果表明,在带宽范围内天线的驻波比<1.5;法线方向的圆极化轴比均<1.3dB;高频段增益5.45dB,低频段增益5.7dB,辐射特性较好.

手性超材料圆极化波吸收特性研究进展

基于亚波长单元结构的人工电磁超材料具有优异的电磁/光学特性,如负折射率、超分辨率以及极化转化等,使得超材料研究成为近年量子通信、纳米光学、材料科学、能源探测等领域的前沿研究方向,其中以手性超材料的研究尤为突出。手性超材料是指与其镜像不具有几何对称性,且不可通过旋转或平移等任意操作使其与镜像重合的一种新型电磁超材料。超材料的深入研究,极大地丰富了手性结构的建模,为许多隐晦物理现象和理论分析的研究提供了更多有效的方法。手性超材料所具备的超强光学活性、圆二色性以及不对称传输等独特的电磁/光学特性,也为电磁学、物理学、材料科学、光学、声学、纳米科学以及信息科学等领域提供了全新的研究方向。手性是手性分子的一种固有特征,也是生命体征的一种表现,在有机世界中普遍存在,诸如蛋白质、DNA、糖分子、病毒、氨基酸和液晶体等分子。然而在自然界中,手性结构十分有限,有关建模和理论分析仅停留在原始结构的表征。目前,手性超材料的研究正逐步从微波段扩展至太赫兹、红外波段,甚至光波段。基于手性微结构的电磁超材料的实现很大程度上取决于单元结构尺寸和周期阵列排布,因此吸收带宽仍然局限于较窄的频率范围,且对左旋圆极化波(LCP)和右旋圆极化波(RCP)的识别(选择性吸收)能力较弱。随着对手性超材料的进一步研究,微波频段的差异化吸收率逐步提高到90%以上,但在高频段差异化的吸收率仍然较低。此外,随着微纳技术和纳米技术的发展,利用包括半导体材料、相变材料、高电阻/电感/电容薄膜、石墨烯在内的新型功能材料,以及结合集总元件的匹配电路控制,为实现红外、可见光波段的吸波器提供了研究空间。本文介绍了手性超材料对圆极化波的吸收原理,着重阐述了内在手性结构、外在手性结构以及与包括半导体材料、石墨烯等其他新型功能材料相结合的手性超材料吸收光谱的研究进展。这种基于人工电磁微结构的手性吸波特性可应用于极化转化器、电磁能量收集器、红外成像等电磁/光学器件设计中。

一种新型的多频圆极化北斗天线设计

目前,定位天线的需求不断向着小型化、多频段和多极化的方向发展。本文提出了一种新型的非对称多频工作的北斗圆极化天线。天线通过电磁仿真软件Ansoft HFSS进行建模仿真,通过层叠结构实现三频段工作,并且各层都采用厚度为1.6 mm的RO4003作为介质基板。矩形辐射贴片的4个角加非对称圆形贴片,调整4个圆形贴片的半径,使工作于同一频率的简并模相位相差90°,实现右旋圆极化辐射。最上层工作于B_1频段的辐射贴片通过同轴馈电,中间层和最下层工作于B_2和B_3频段的辐射贴片则是通过电磁耦合馈电。经过仿真优化后,得到天线在各个频带的阻抗带宽(S11<-10 dB)、驻波比带宽(voltage standing wave ratio,VSWR<2)以及轴比(axial ratio,AR<3 dB)带宽等结果。每一频点处的阻抗带宽、驻波比带宽和轴比带宽都有交集且都位于对应的北斗频段内。天线在各个频段的实际工作带宽分别为8、4.5和5.7 MHz。最后经过加工测试,得到的测试结果和仿真结果基本吻合,证明该天线可以满足实际应用。

ETC系统OBU上5.8GHz圆极化天线小型化研究

一种新型的不停车收费系统(ETC)车载单元(OBU)的小型圆极化微带天线在文中提出,工作频段为5.8GHz。该天线结构简单,采用高介电常数的底板使天线实现小型化,同时获得了3.4dB左右的增益、H面全向以及右旋圆极化特性,轴比最小仅为0.2dB左右。采用微带馈电方式,使它能容易地与ETC系统车载单元中的其他射频电路连接。

一款适用于CNSS及GNSS的双频圆极化天线

介绍了一款适用于北斗导航卫星系统(CNSS)以及格罗纳斯导航卫星系统(GNSS)的天线.该天线为双频圆极化层叠贴片天线,可覆盖1 258.52～1 278.52MHz(B3频段)以及1 575～1 609MHz(B1-2/L1频段).仿真结果显示,在B3频段和B1-2/L1频段,该天线为右旋圆极化(RHCP),法线方向轴比均小于1.5,增益可分别达4.6dB和4.7dB,驻波比分别小于1.4和1.1.

一种双频双圆极化微带天线的设计

通信系统中使用不同旋向的圆极化天线可以扩充通信容量,提高系统抗干扰能力。本文据此设计了一种双圆极化微带天线,能同时工作在收、发两个频段。天线利用单馈电法实现圆极化,利用双层贴片堆叠实现双频工作。最后借助三维电磁场仿真软件对天线进行仿真,并对仿真结果进行了分析。

基于共形馈电网络的新型双频四臂螺旋天线

针对卫星地面手持终端系统对天线高效率宽波瓣的应用要求,文章提出一种新型双频印刷一体化四臂螺旋天线结构,通过两种方式提高其双频辐射效率:第一,每组辐射振子分成两个支路,分别以不同的长度、宽度和螺旋角度绕制以减少振子间耦合,同时覆盖两个不同的频点;第二,馈电网络和辐射振子进行一体化设计,提高其馈电效率。测试结果表明:在两个间距很近的频点(1.1倍频程)能够分别实现4.3dBi(低频)和4.2dBi(高频)的右旋圆极化增益,且4dBi以上右旋圆极化增益相对频带宽度分别为6%(低频)和5%(高频),圆极化3dB波瓣宽度均达到130°以上。该天线的双频点、宽波束、高效率性能适合于卫星通信手持终端系统应用。

均匀平面电磁波的极化及基于HFSS极化状态的课堂展示

极化是描述电磁波和天线的重要参量之一,是电磁教学中的重要知识点,在卫星广播、雷达、航空航天遥感等领域中有着广泛的应用。介绍电磁波极化这一概念,分析均匀平面电磁波极化的成因,并基于电磁分析软件HFSS(high frequency simulator structure),呈现了线极化及圆极化波增益图形曲线。课堂中引入仿真图形及数据,增加学生的感性认识及兴趣,使得教学效果得到改善。

极化可重构天线的研究与设计

文章设计了一款极化可重构微带贴片天线,它可以实现线极化与圆极化之间的转换以及左旋圆极化与右旋圆极化之间的转换。圆极化波是由幅度相等、相位相差90的相互垂直的线极化波产生,通过开在地面上的梯形槽激励产生的,每个梯形槽中都嵌有一个PIN二极管,用来改变电流的流向,通过控制二极管的通断来实现极化可重构。当左边的PIN二极管接通,右边的PIN二极管断开时,产生左旋圆极化;当右边的PIN二极管接通,左边的断开时,产生右旋圆极化。由于梯形槽与PIN二极管都开在接地面上,因此对天线性能的影响非常小。仿真与测量的阻抗带宽大约为60 MHz,轴比小于2。该天线结构简单,易于优化、仿真、制作,可应用于无线通信技术。

脉内极化捷变雷达

在美国海军海洋系统司令部的资助下,佐治亚工学院完成了脉内极化捷变雷达(IPAR)第一代设备的研制(见1982年国际雷达会议录中译本上册第9～16页报导——译注)。目前,根据与美国海军科研局签订的合同,脉内极化捷变雷达的设计正在由佐治亚工学院进一步扩展。第一代脉内极化捷变雷达和目前正在研制的第二代改进的脉内极化捷变雷达(A-IPAR)系统均工作在X波段。

北斗高精度测量型天线的研究

针对北斗高精度测量的需求,要求接收天线在北斗卫星定位导航系统的两个频段上均能良好工作。介绍了一种有源双层微带天线,馈电网络由六个电桥结合八个探针共同组成,实现了在宽角度范围内的右旋圆极化特性,保证了相位中心的稳定度。接收到的北斗卫星信号通过两级低噪声放大器进行放大后滤波,既保证了接收机信号的增益要求,又提高了带外噪声的抑制能力。经仿真和实验测试结果对比表明:该天线能够充分满足北斗高精度测量应用的要求。

一种用于“北斗”卫星导航系统的小型化微带贴片天线

基于"北斗"天线小型化的考虑,利用高介陶瓷基板(εr=16)来设计"北斗"卫星导航系统微带贴片天线,该天线采用切角结构,同轴线馈电方式,工作在"北斗"一代的S频段(2 492±5 MHz,右旋圆极化)。采用Ansoft公司三维电磁仿真软件HFSS进行仿真分析,数值仿真结果表明:S11<-10 dB的阻抗带宽为62 MHz,3 dB极化轴比带宽为15 MHz;采用矢量网络分析仪对天线实物进行性能测定,实测结果表明,S11<-10 dB的阻抗带宽为66 MHz,3 dB圆极化轴比带宽为12 MHz,仿真结果与测试结果基本吻合,天线性能良好,满足"北斗"接收天线设计要求。该天线在满足北斗接收天线的性能的同时,由于采用高介陶瓷作为基板,使得其与传统天线相比,尺寸缩减了75%,具有一定的应用前景。

一种低成本的海事卫星移动终端天线

提出一种适用于宽带全球局域网(BGAN)地面移动终端低成本天线的设计方案。通过选用泡沫塑料和铝箔材料,采用叠层微带天线阵结构及多种展宽带宽的方法来实现天线设计,并进行了电磁仿真优化。最后对天线进行了加工试验,测试结果表明天线在整个海事卫星通信工作频带内驻波比小于1.5,增益高于14dB,3dB广角轴比大于21°。本文所设计的天线已成功应用于HNS9201移动终端。

一种BDII/GPS抗干扰环带天线设计

针对载体旋转状态下的连续导航抗干扰应用场景,实现了一种BDII双通道及GPS单通道环带有源天线,具备BD导航信号窄带抗干扰,以及GPS导航信号接收。半柔性天线通过均匀分布的螺钉紧固在柱状金属桶上实现共形。通过表面涂敷薄层耐高温材料,实现了天线加固及隔热。三路无源环带天线分别采用通过8个单元微带合成,以最大程度减小径向增益均匀性;合成信号分别经过独立的低噪声放大器及下变频接收机实现导航定位;在此基础上,下变频接收机中针对旋转特性对晶振进行了加速度降敏设计,以减小参考源频率漂移。对天线进行了实际测试,结果表明,该天线在1268.52 MHz中心频率实现了±12 MHz的3 dB带宽;在1575.42 MHz中心频率实现了±2 MHz的3 dB带宽;3 Hz旋转时接收卫星信号定位稳定,两种导航信号信噪比均大于42 dB。