宽带宽角圆极化贴片天线的实验研究

本文提出一种新的宽带宽角圆极化微带天线设计方法,在利用容性探针近耦合馈电的基础上,通过平衡馈电,使贴片天线的阻抗带宽(VSWR≤2)和宽角轴比带宽(45°圆锥空域内的AB≤3dB)达到20％以上.实验测试表明,利用该方法设计的贴片天线的带宽达到26.33％(VSWR、宽角AR同时满足要求),从而证实了该方法的正确性和实用性.

一种低剖面宽带宽角扫描圆极化阵列天线设计

提出一种单馈点旋转偶极子圆极化天线,通过弯曲支撑金属板和优化其位置实现了低剖面单元天线设计(0.09个波长,中心频点)。利用紧凑型结构形式,保证结构强度并兼顾轻量化,比传统的低剖面微带天线重量更轻、口径更小、馈电网络更简单。采用两级子阵旋转组阵方式,实现±53°阵列扫描,轴比优于4 dB。仿真与测试结果对比分析表明,该天线具备良好的设计一致性,可为圆极化宽角扫描的需求领域提供潜在应用。

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。

宽带宽角圆极化微带贴片天线设计

提出一种新的宽带宽角圆极化微带天线设计方法 ,在利用 L探针进行近耦合馈电的基础上 ,通过薄介质基片加载 ,使贴片天线的阻抗带宽 ( VSWR≤ 2 )和宽角轴比带宽 ( 4 5°圆锥空域内 AR≤ 3d B)达到 2 0 %以上 ,同时保持了微带天线的固有优点 :剖面低 (厚度小于 0 .1中心频率波长 )。利用该方法设计的试验天线的带宽达到2 1 % 。

用于宽角波束覆盖的短路贴片天线设计

针对宽角波束覆盖需求,本文利用辐射模式调制方法,提出了一组短路贴片天线的设计方法,分别对应相控阵天线扫描、单天线宽波束覆盖以及多波束切换三种波束覆盖理论。首先,通过利用谐振模式重分配,设计了单侧宽带短路贴片天线,可以作为具有低互耦特性的相控阵天线单元使用;在此基础上,通过对称单元设计并引入差分馈电,实现了E面宽波束天线设计;此外,利用天线相位中心偏移的特性,结合去耦措施构建了具有双波束特性的宽带短路贴片天线。通过仿真测试,本文提出的三种短路贴片天线相对工作带宽分别为11%、13%和17%,中频E面波束覆盖范围分别为111°、120°和124°,实现了宽带宽波束覆盖性能。

新型P波段宽带宽角双圆极化天线单元设计

本文介绍了一种新型P波段宽带宽角双圆极化天线单元的设计,仿真结果和测试结果表明,该天线单元在十分宽的带宽内(50%)实现了两维±60°扫描能力和十分优良的双圆极化性能。

一种宽带宽角圆极化天线的设计研究

本文提出了一种宽带圆极化微带层叠天线形式,天线采用多层结构,使用正交耦合缝隙附加90°相移对贴片馈电,以达到宽带宽角圆极化工作的目的。采用矩量法对天线进行了计算,确定其最终的各项参数。通过对样机的测试表明,天线性能与计算结果相符很好,驻波比小于2的相对带宽大于35%;天线方向图在140°的范围内增益大于0dB,轴比在30%的带宽内小于3dB,是一种性能优良的宽带双极化天线。

基于FSS的宽带宽角圆极化器

本文提出一种基于频率选择表面(FSS)的透射型圆极化器,它能将天线的线性极化转换为圆极化。此极化器具有相同的四层结构,每层FSS周期阵列单元由曲折线栅、方形环和四个边角的短金属条组成。在y-z平面垂直入射的情况下,仿真轴比在16.87-27.71GHz的宽带范围内保持在3-dB以下,相对带宽达到48.6%。60°斜入射时,在Ka波段19.16-21.38GHz的频率范围内测量的3-dB轴比带宽仍能达到11%,能实现较好的宽角性能。此圆极化器于线极化天线结合,大大简化了通信系统的复杂性和成本。

全孔径超宽带宽角扫描有源相控阵天线系统

研究了一种全孔径紧耦合超宽带宽角扫描有源相控阵天线系统设计方法。通过威尔金森功分电路同时激励两个镜像对称偶极子单元,在不组阵方向阵列边缘采用延长型偶极子,消除了截断效应的影响,有效降低低频段的有源驻波,在组阵方向采用垂直金属壁取代哑元作为宽角阻抗匹配层的支撑,实现了天线阵列的全端口馈电。为满足大瞬时带宽及宽角扫描的需求,T/R组件射频链路采用了移相器加频率不敏感的延时器,改善了瞬时大带宽在大角度扫描时的波束空间色散及波形时间色散性能。将超宽带宽角扫描阵面、散热器、T/R组件、波控电源板及后盖板进行堆栈式高密度集成,研制了1×10全端口馈电的超宽带有源相控阵整机。测试结果表明,该阵列天线可跨4倍频程工作,扫描范围可以达到±45°,瞬时工作带宽可覆盖有源相控阵天线系统全频段,对实现综合多功能软件定义卫星在轨演进、降低成本、提高灵活性具有重要意义。

一种低剖面宽带二维宽角扫描圆极化阵列天线

针对现有圆极化平面阵列的扫描角受限和三维宽角扫描阵列体积大的问题,设计了一种基于阵因子方向图和单元因子方向图互补的低剖面宽角扫描圆极化阵列天线.该阵列单元采用新型圆极化正交偶极子天线,并由其组成多个圆环子阵,每一子阵内单元的法向均偏离阵列法向一个固定倾角并等间距排布在"涟漪"状金属地板上.这种阵列排布方式使得在主波束扫描至大角度时天线单元因子增益可以补偿阵因子的增益下降.设计的一个64元阵列天线的实测结果表明:在8~9GHz工作带宽内,且波束扫描覆盖0°~±62°,各阵元的有源驻波比均小于2.1,中心频点扫描增益起伏小于1.71dB,扫描波束的圆极化轴比小于2dB.

宽带广角覆盖的折叠式反射阵天线设计

提出并设计了一种宽带广角覆盖的波束扫描折叠式反射阵列(folded reflect array,FRA)天线.为了在宽带范围内以及较宽的波束覆盖范围(beam coverage range,BCR)内获得较低的扫描损耗,提出一种考虑照射权重因子、截获功率权重因子以及频率权重因子的多波束优化方法;为了降低FRA天线的剖面,采用小尺寸贴片天线作为馈源,将其与单层反射板集成在一起.设计了一个尺寸为264mm×264mm、工作在Ku波段的11波束扫描的FRA天线,仿真验证本文所提设计方法的有效性,结果表明:该设计在13.5~16.5 GHz的宽带范围内,实现了3 dB波束可覆盖-28°~28°范围,中心频率处最大增益为26.6 dBi,口径效率范围为14%~20.9%,所设计的共口径FRA天线可以获得相当平坦的增益,扫描损耗都在3 dB以内.该天线具有覆盖范围广、覆盖带宽宽、集成度高、增益高、口径效率高等优点,在无线通信、雷达成像和目标识别等领域具有广阔的应用前景.

新型空腔形式的宽带宽角圆极化堆叠微带天线

提出一种新型的基于空腔形式的圆极化堆叠微带天线。通过设计双谐振结构、等大的辐射贴片以及一种新颖的"介质墙"结构等方式,使该天线较传统的圆极化微带天线,不仅结构强度及环境适应性大大提升,而且其电性能也较为突出,具备良好的宽带宽角圆极化特性,特别适用于组成天线阵,完成宽带宽角圆极化扫描的任务。最后,利用全波仿真软件HFSS对该设计进行仿真,得到的结果与预期一致,从而验证了该天线的优异电性能。

一种新型C波段宽带圆极化贴片天线的设计

采用电磁仿真计算软件HFSS设计并仿真了一种工作于C波段宽带圆极化微带贴片天线。天线采用双馈点对圆形微带贴片进行馈电,实现圆极化;选用两层聚四氟乙烯玻璃纤维板作为介质,通过底层馈电网络由探针穿过中间地板层对上层圆形贴片进行馈电,在探针周围用环形槽将探针与地板进行隔离,并增加了天线的谐振点,从而进一步扩展了天线频带。结果表明天线的相对带宽约为30%,并且E面、H面3 dB轴比角度均大于90°。

一种电磁耦合馈电宽带宽角扫描微带天线阵列

文中提出一种可实现宽频带大角度波束扫描的低剖面相控阵微带贴片天线。为实现宽带特性,该阵列天线采用了缝隙电磁耦合馈电和双层贴片的设计。由于介质基板的堆叠,微带贴片阵列在高频大角度扫描时往往会受到表面波的影响,从而引发高次模谐振并带来扫描盲区。针对这一现象,通过对堆叠的介质基板开槽抑制表面波传播,从而改善高频的阻抗匹配特性。此外,还在贴片两侧加载寄生条带以优化低频阻抗匹配,拓展带宽并保持低剖面外形。该天线剖面高度仅4.6 mm,约为高频波长的0.19倍,可满足许多低剖面载体平台的应用需求。仿真结果显示,该天线在±45°扫描和±60°扫描时可分别实现57.9%(有源驻波比≤2.25)和44.4%(有源驻波比≤2.75)的相对带宽。基于该设计加工了一款8×8阵列样机。阵列样机的驻波及方向图测试结果与8×8阵列的全波仿真结果吻合良好,有效验证了该微带贴片天线阵列的宽带和宽角扫描特性。

一种宽带圆极化贴片天线

本文设计了一种宽带圆极化贴片天线,天线结构包括圆形辐射贴片、四个Y型馈电结构,一分四馈电网络,和四个L型寄生枝节。一分四馈电网络由二级级联的Wilkinson功分器和Schiffman宽带移相器组成,辐射天线通过四个Y型馈电结构对辐射贴片进行耦合馈电,在地板边缘加载L型寄生枝节调节天线阻抗匹配,展宽了天线的工作带宽,最终实现了在1.25～4.05GHz范围内VSWR<2,相对阻抗带宽达到106%,3dB轴比带宽达到92%。

基于超表面的超宽带低剖面宽角扫描相控阵天线

为满足多功能电子系统对天线带宽、天线剖面和波束覆盖范围的需求,提出了一种工作在6~18 GHz的平面双极化低剖面宽角扫描相控阵天线.首先,为了抑制由非平衡短路式巴伦引入的天线带内寄生谐振模式从而拓展天线带宽,在天线阵列中加入了由短路金属柱和印制金属盘构成的脊型结构;然后,设计了基于超表面的宽角扫描阻抗匹配层,以降低波束扫描时的反射损耗;此外,在该天线的介质层中设计了周期性分布的空气孔,以降低天线辐射体周围的有效介电常数,进而消除波束扫描时的表面波激励.基于上述方法,利用多层印制电路板工艺,在保持天线低剖面特性的同时实现了超宽带宽角扫描性能.仿真结果表明,该阵列在典型方位角φ=90°和φ=0°分别具备±75°和±60°的波束扫描能力,且阵列剖面高度小于3.52mm.为了验证该设计的正确性,制作了一个阵列规模为8×8的双极化天线样机并对其进行实验,实验结果与仿真结果吻合较好.该天线具有超宽带、低剖面、宽角扫描特点,为多功能电子系统提供了一种新颖的天线阵结构.

介质集成超宽带低剖面宽角扫描相控阵天线

为满足现代多功能雷达系统对带宽、剖面高度以及扫描性能的需求,提出了一种工作在2~6 GHz的超宽带相控阵天线.组成该天线阵列的单元由双极化的印刷偶极子贴片、不平衡馈电巴伦、基于超表面的宽角阻抗匹配层(wide-angleimpedancematchinglayer,WAIM)以及金属地板组成.偶极子末端带接地柱的圆形耦合贴片增加了单元间的耦合强度,提高了工作带宽;基于超表面的WAIM的引入在提升天线扫描能力的同时降低了天线的剖面;天线各个介质层中进行了周期性的打孔以抑制共模谐振和表面波.仿真结果表明,该天线单元在2~6 GHz的工作频带内,E面±60°和H面±60°扫描时能够实现有源驻波小于2.3,正交端口间的隔离度优于20dB.利用多层印刷电路板工艺,对天线实物进行了加工和测试,测试结果与仿真结果具有较好的一致性.该相控阵天线具有超宽带、低剖面、宽角扫描以及全介质集成的特点,为多功能雷达系统提供了一种新的天线结构.

一种宽带宽角双极化相控阵天线单元研究

设计了一种宽带宽角双极化相控阵天线单元,该天线单元采用指数渐变开槽天线形式,并设计了金属匹配柱安装在双极化天线单元之间,保证了开槽天线的接地连续问题。依次给出了该双极化天线单元的仿真设计、阵列样机的性能测试,从仿真和测试结果中可以看出,该双极化天线在3倍频程带宽内具有良好的匹配和辐射特性,并且能实现大角度二维扫描。该双极化天线单元具有宽频带、体积小、结构简单等特点,适于用作宽带宽角扫描相控阵天线的阵列单元。

小型化宽频带圆极化半圆形微带贴片天线

针对无线通信中单贴片圆极化微带贴片天线带宽很窄的问题,提出了小型化半圆形宽频带圆极化微带天线。该天线通过在半圆形辐射贴片上开一组尺寸和位置非对称的矩形槽实现圆极化,应用非共面的临近耦合馈电补偿馈电探针的电感展宽天线的带宽。仿真结果表明,在2.30~3.04GHz范围内,天线的回波损耗小于-10dB,阻抗带宽27.7%;在2.37~2.54GHz范围内,天线的轴比小于3dB,圆极化带宽6.9%;在宽带范围内天线的增益大于6dB。与圆极化E形微带天线相比,不仅提高了带宽,而且贴片面积缩小了40%。

缝隙耦合馈电宽带圆极化天线设计

设计了一种宽带圆极化微带天线。该天线工作在L波段,采用Wilkinson功分器结合90°移相段,借助正交H型缝隙向圆贴片辐射单元耦合馈电,通过提高双端口的隔离度改善了圆极化性能,引入厚度可调空气层进一步优化了工作带宽。测量结果表明:驻波小于2带宽达50.4%,轴比小于3dB带宽达32.0%,中心频点0dB以上增益覆盖范围达到115.5°,轴比小于3dB覆盖范围达到157.5°,实现了天线宽频带和宽覆盖角圆极化性能。