超宽带低剖面天线设计

介绍了一种超宽带低剖面天线设计,该天线由弯折偶极子、短路寄生结构、接地短路柱、同轴电缆和金属地板构成。给出了天线的设计过程,说明了各部分结构对天线性能的影响。该天线通过加载短路寄生结构,减小了偶极子臂上电流分布,减小了地板对天线的影响,实现了低剖面特性。此外,该天线通过将偶极子中间部分弯折,改善了高频段的辐射方向图。最终,该天线尺寸为750 mm×450 mm×295 mm,剖面高度仅为0.09个低频波长。为了验证天线设计思路的正确性,加工了天线实物。文中给出了天线仿真与测试的电压驻波比以及增益的结果,其测试结果与仿真结果相吻合。该天线在96 MHz~500 MHz(135.57%)频段内电压驻波比小于2.2,并且在该频段内具有定向辐射的方向图,增益大于3.38 dBi。

基于高输入阻抗偶极子的低剖面宽带双极化基站天线

本文提出了一种低剖面的宽带双极化基站天线.该天线由两个相互交叉的扇形偶极子演变而来.首先,在扇形偶极子末端增加环形窄微带和金属化通孔,使天线端口输入阻抗增大,达到降低天线高度的目的 .然后,增大扇形偶极子臂的张角,产生第二谐振点,提高天线带宽.该双极化天线工作在2.17~2.7 GHz频段,可提供22%的带宽.而且,由于两个偶极子围绕几何中心高度对称,该天线在工作频带内可以获得较高的隔离度和交叉极化鉴别度,其中隔离度仿真值可达51 dB,0°交叉极化鉴别度仿真值可达48 dB.该天线的峰值增益仿真值高达9.6 dBi.综上所述,该天线具有高隔离、高交叉极化鉴别度和高增益等优点,在基站系统中具有良好的应用前景.

一种低剖面阵列天线散射特性研究

宽频带宽角域隐身是下一代隐身飞行器平台的关键特征之一,发展超宽带低剖面高隐身传感器已成为下一代隐身飞行器平台的必然趋势。文章瞄准天线阵列超宽带、轻薄化、高隐身的需求特点,设计了一款低剖面的宽带宽角相控阵隐身阵列天线。采用强互耦超宽带相控阵列技术,使阵列天线具备超宽带轻薄化低剖面特征,并通过宽带宽角阻抗匹配、阵列误差控制等手段缩减阵列天线雷达散射截面。仿真及测试结果表明,该低剖面天线阵列具有优良的宽带宽角辐射特性和低散射特性,基本满足下一代隐身飞行器平台对轻薄化低RCS阵列天线的需求,具有一定的工程应用价值。

平面端射圆极化天线进展综述

全面总结了平面端射圆极化天线的发展历程和重要突破。以正交磁偶极子和平面互补振子两大核心工作原理为主线,深入剖析平面端射圆极化天线的一般性设计方法,阐明其形态演变规律,详细介绍了平面端射圆极化天线的宽带设计技术、波束调控技术以及高增益设计技术等研究现状,最后探讨平面端射圆极化天线的可能发展方向,用于指导该领域的科学研究和工程设计。

金属多面体上低剖面天线的矩量法分析

采用矩量法对任意形状导体上的低剖面天线进行了整体分析,其中,导体采用三角形面元矢量基函数、细线结构采用三角形基函数、线面连接处采用特殊的基函数,在处理积分奇异时,通过坐标变换、积分转化、降维处理实现了奇异积分的精确快速计算,以平板单极子天线为例,验证了该方法的有效性.利用该方法对金属立方体上的低剖面电小环天线特性进行了分析,得出的结论对设计复杂载体上低剖面天线或天线阵有一定的参考价值.

一种新型超低剖面的周期性缺陷地可穿戴天线

可穿戴天线为了适应穿戴要求,通常要求厚度很薄并且后向辐射小,以减免对人体的影响。微带天线可以减少后向辐射,但是当厚度变薄的时候,天线的辐射性能大大降低。为了满足穿戴天线对辐射性能和厚度的要求,本文对使用周期性缺陷地结构的超低剖面(0.5mm)微带天线进行了研究,在微带天线辐射缝隙位置,采用周期结构提高超低剖面微带天线的辐射性能,同时又可以降低微带天线的后向辐射。仿真及实验结果表明这种周期性缺陷地结构对天线性能有着显著的提升,且对人体更加安全。

一种用于车载通信的低剖面多频天线

本文设计了一种用于车载通信的低剖面多频天线,分别工作在全球定位系统(GPS)、无线局域网(WLAN)和专用短程通信技术(DSRC)3个频段.通过采用中心馈电的圆形贴片,实现类单极子的辐射方式,获得低剖面特性.而且天线采用多层堆叠结构,通过加载耦合圆环和加入短路销钉,分别展宽了DSRC和WLAN频段的带宽.为了提高端口之间的隔离度,在GPS同轴馈电线上插入一个三阶巴特沃斯低通滤波器,并将滤波器设置在WLAN天线和接地板之间,使得两个端口之间隔离度达到17 dB以上.仿真和测试结果吻合良好,该天线在3个频段内有着良好的阻抗匹配和辐射方向图,且天线的垂直高度仅有4.8 mm,具有良好的低剖面特性,适用于车载系统.

基于耦合加载的低剖面天线设计

设计了一种小型化双频天线。通过在单极子天线上引入寄生耦合的方法,即在单极子顶部引入耦合加载板,既保证了单极子天线的辐射全向性又减小了电小天线的分布电容,从而使该天线具有宽频带、低剖面特性。采用仿真软件Ansoft HFSS进行仿真和优化,优化结果表明:该天线工作频率为824～960MHz/1 710～2 690MHz(驻波比小于等于2)。根据仿真模型制作了一款天线,实测驻波带宽可达811～1 050MHz/1 580～2 660MHz,且在水平面内辐射全向方向图。该天线在限制尺寸的情况下有效地展宽了带宽。

低剖面可承载UHF/L双频共口径圆极化定向天线

机/车载多体制通信、测控、探测等多无线系统并存,天线林立,天线间耦合干扰严重,同时与高速机/车薄壁外壳共形的天线还需具有较强承载能力.本文设计了一种适于车壳共形的低剖面可承载双频共口径定向圆极化缝隙天线.天线主体采用开口缝隙的形式来实现天线的小型化和宽带设计,利用微带线来进行耦合馈电.通过在低频天线中心开槽嵌入高频天线,从而实现双频天线的共口径,并使用多馈法来实现圆极化.天线采用FR4介质填充,介质最大厚度为最低频率对应波长的5%.这种金属与介质的混合立体结构也大大增强了天线的承载能力.实测结果表明:在UHF波段,天线的阻抗带宽为75 MHz(0.303~0.378 GHz),轴比带宽为50 MHz(0.32~0.37 GHz);在L波段,天线的阻抗带宽为550 MHz(1.18~1.73 GHz),轴比带宽为420 MHz(1.10~1.52 GHz);在测试压力达到390 kg/cm2时,天线形变3%,天线依然能正常工作.实测结果与仿真结果基本一致.该天线具有低剖面、共口径、可承载、双频和圆极化的特点,为车载无线通信系统提供了一种新颖实用的共形天线结构,且其既可以与车壳共形,也可以嵌入车壳直接作为外壳使用.

基于人工磁导体表面的低剖面Fabry-Perot谐振腔天线设计

该文基于人工磁导体表面(Artificial Magnetic Conductor,AMC)设计了一款工作在7 GHz的新型低剖面Fabry-Perot谐振腔天线.该天线采用带金属接地板的矩形微带贴片天线作为初级馈源,由同轴探针进行馈电.以单层双面印制AMC表面作为天线的部分反射层,所设计AMC表面共包含8×8个均匀阵列单元,单元上层为带有方环的方形贴片,下层为菱形贴片.通过分析不同结构参数对AMC散射特性的影响,确定AMC反射相位为-25°,使得腔体的剖面高度降低至约9.2 mm(0.215λ,λ为7 GHz自由空间波长).制作了天线实物并进行测量,结果表明,天线阻抗带宽(S11<-10 dB)为14%(7 GHz~8.5 GHz),增益达到13.8 dBi,旁瓣水平低至-21.3 dB,表明该天线在保证低剖面同时仍具有良好的辐射性能.

一种新型双极化低剖面基站天线

文中提出一种双线极化、低剖面的新型通信基站天线,该天线的特点在于具有相对较低的剖面,同时在两端口间的隔离度和交叉极化比指标也相当优秀。它是由一块铝制圆形薄片、一个铝制边框和一块双面印刷电路板组成,印刷电路形结构的十字渐变缝隙。仿真和测试结果表带宽为806～1 010 MHz。天线的水平面和垂直面半功率波束宽度分别为88.22°±3.38°和71.37°±5.25°,交叉极化比最高为-28.9 dB。除此之外,该天线还具有易于加工组装、成本低等许多优点。

一种新的超低剖面数传电台天线

基于由低介电常数电介质组成的平行板电容加载,设计了一种新颖的数传电台天线,运用新型馈电结构和加载方式将天线的总高度限制在0.015λ0(460 MHz真空波长)以内,水平方向全向辐射,具有良好的应用前景。该天线工作频率为460 MHz,极化方式为垂直极化。电磁仿真结果表明,天线谐振频率处的反射系数在-20 dB以下,天线在水平方向上的增益均值高于1.5 dBi,在水平方向上全向辐射。该天线在工作频率上具有良好的辐射效果。

一种宽频带小型化低剖面天线的设计

文章对宽带低剖面锥形单极子天线进行了研究,采用合适角度的倒锥台作为天线的辐射体,可以使天线输入阻抗曲线更为平坦,有效地提高了天线阻抗带宽。提出采用圆盘形成加载结构和短路柱,极大地降低了天线尺寸。天线在3个倍频程内具有优异、稳定的电性能。

折叠小型化超宽带单锥天线设计

利用折叠法和镜像法设计了一款具有全向辐射特性的小型化超宽带单锥天线。天线辐射单元通过折叠技术实现了天线的小型化,通过镜像法和末端加载实现了天线的低剖面。在天线周围加载圆柱形套筒,通过改善天线在高频处的阻抗匹配,进一步拓展天线的带宽。在保证天线低剖面的同时,与传统的单锥天线相比,文中提出的天线金属地板尺寸较小,仅为0.236λmin,具有较好的工程应用前景。天线实现了在1~7.65 GHz的频率范围内,VSWR<2,实现了153.8%的阻抗带宽。天线在频带范围内最大增益为6 dBi,不圆度小于2 dB。天线的整体物理尺寸为30 mm×30 mm×30 mm,对应的低频电尺寸为0.1λmin×0.1λmin×0.1λmin。加工了样机进行测试,测试结果和仿真结果吻合度较好,验证了设计的可靠性和有效性。这种低剖面、超宽带的全向天线可以作为室内基站天线、无人机机载天线等,具有广泛的应用场景。

宽带双向微带天线设计

针对室内走廊或狭长街道小功率基站应用要求,采用微带结构设计了一款具有双向辐射特性的宽带线极化低剖面天线。天线辐射元为平行四边形结构,馈电点在其几何中心,通过在靠近馈点两侧开两个反对称L形槽,实现了宽带双向辐射特性。低剖面原型天线的相对带宽为5.8%,两端射方向增益约为4.3dBi,在工作频带内天线辐射场为有一定倾角的线极化。该天线结构可置于小功率基站内部,有助于减少系统体积。

惠更斯电磁超构表面微波天线的研究进展(特邀文章)（英文）

惠更斯电磁超构表面脱胎于现代三维超构材料,是一种特殊的二维亚波长阵列结构.基于经典电磁学惠更斯等效原理,惠更斯电磁超构表面可以灵活地调控电磁波的传播和电磁场的分布,其独特的电磁特性给天线的创新带来了巨大的机遇.文章将综述惠更斯电磁超构表面在微波天线中的研究进展,简要介绍惠更斯超表面的基本概念和原理并总结其在微波天线设计中的应用,重点阐述三种惠更斯超构表面天线技术及其设计案例.最后,展望惠更斯超构表面在天线工程中的广阔应用前景.

多频段耦合馈电印刷PIFA天线的分析与设计

文中设计制作了一款用于无线移动通信终端的7频段PIFA天线。该天线尺寸为40 mm×35 mm×0.8 mm,由4个辐射臂和一个短路单元构成,采用耦合馈电的方式,具有剖面低与结构简单的特点。该天线可以用于以下无线通信系统:全球移动通信系统(GSM 850/900/1900)、蓝牙2.4 GHz、WiMax 3.5 GHz以及无线局域网(WLAN)的两个频段(5.15～5.35 GHz和5.725～5.875 GHz)。加工了天线模型并对其反射系数和方向图进行了测试,实测结果与仿真结果吻合较好,同时对仿真结果和测试结果进行了详细的分析。

共面波导馈电的新型圆极化天线阵列

提出了一种新型共面波导(CPW)馈电的1×2圆极化阵列天线及改进后的2×2阵列天线.为了改善阵列天线的圆极化轴比带宽,将顺序旋转馈电技术与共面波导-槽线馈电网络相结合,设计了用于微带贴片天线的新型馈电网络.仿真与实测结果证明,该类型的馈电网络可以同时改善阵列天线的阻抗带宽与轴比带宽.实测结果表明,1×2线阵的阻抗带宽与轴比带宽分别为3.79%和16.41%.2×2面阵的阻抗带宽与轴比带宽分别为3.61%和10.83%.

机载小型化Koch八木阵列天线设计

利用Koch分形结构,设计了一款工作在VHF频段的低剖面天线,该天线工作在280~320MHz,垂直极化。天线采用八木形式满足前向辐射,利用分形结构的空间填充特性来减小天线的纵向尺寸。此外,通过顶端加载,进一步减小天线的剖面,从而更好地满足机载使用。较于传统的垂直极化类型天线,该天线拥有极低的剖面,仅为10%λ,其中λ为最低工作频点在自由空间中对应的波长。该结构单元组成的1×4阵列能够在水平面实现±20°扫描,峰值增益带内大于11dBi。

一种新型的高增益低剖面天线

为了解决传统天线低增益、窄频带和大尺寸的问题,提出了一种新型的高增益低剖面天线。该天线采用人工磁导体(AMC)作为反射面,具体结构是将双面印刷蝶形天线作为辐射天线悬置在5×7梅花单元反射面上。经优化,该天线的中心频率为2.58 GHz,相对带宽为11.63%,覆盖了LTE(长期演进)中的2 500～2 690 MHz频段,且天线的总体高度仅为9.5 mm,相当于自由空间波长的1/12。此外,该天线的峰值增益达到9.7 dBi,证实了新型天线的可行性。