5G中的超宽带阵列天线及其小型化技术

研究了超宽带阵列天线的设计及其低剖面技术。将ADS电路仿真软件与电磁场全波仿真软件Ansoft HFSS相结合,利用具有紧耦合的偶极子天线单元设计具有宽带工作的低剖面强耦合阵列天线。研究结果表明,在工作频率范围0.67~3.78GHz频段内,该天线阵列的电压驻波比优于2.0,相对带宽为139.78%,天线阵列的剖面仅有40.25mm。其次,研究了加载人工磁导体结构实现阵列天线的低剖面技术。采用构成高阻抗地的人工磁导体结构改善了天线高频谐振性能,从而降低了天线的剖面高度。全波电磁仿真结果表明,该天线阵列在1.1~2.8GHz范围的工作频率中电压驻波比优于2.0,天线的剖面高度仅为24mm,相对带宽78%。该技术可拓展应用到5G天线的开发。

新型强耦合宽带双圆极化阵列天线

空间飞行器由于受到动力和负载的限制,需要尽可能使搭载的天线轻质小型化.文中提出了一种新型强耦合双圆极化轻质天线.天线单元采用H型缝隙耦合和增加寄生贴片方法,提高了天线带宽.同时,通过在辐射贴片、寄生贴片上开圆形槽,以及金属反射板栅格化的处理,明显地减轻了天线的质量.采用这种新型天线单元,设计了8单元的宽带双圆极化阵列天线.仿真结果表明:该阵列天线的中心频率为433MHz,左旋和右旋圆极化的相对轴比(Axial Ratio,AR)带宽(AR<3dB)分别达到了24.4%和23.2%,有效实现了小型轻质化宽频带双圆极化阵列天线.

低复杂性宽带自适应天线阵列

基于频率不变思想,提出一种适用于宽带无线通信系统下的,新的宽带自适应天线阵列。能在信号频带范围内,保持天线阵列响应基本不变。同时通过窗函数来控制旁瓣的幅度。相对于传统的宽带自适应天线阵列,具有收敛速度快,复杂性低的特点。

宽带有源天线阵列设计

宽带有源天线阵列在实现工作频带内无栅瓣扫描时,其辐射单元口径和单元间距在工作频段的低端就会显得过于狭小和紧密,在频率低端阵列增益偏低,有源电路布置空间局促。应用波长比例缩放阵列(WSA)来实现宽带有源天线阵列,阵列是由两种或两种以上不同带宽的天线单元组成的异构阵列,兼顾了高低频段阵列性能,为有源电路布置提供了充裕空间。通过电磁计算,验证了该方法的可行性和高效性。针对WSA阵列的工程应用,提出了一种典型的天线阵列结构、片式收发组件和射频互联电路设计。该设计为超宽带多功能有源相控阵天线的应用提供了一种新的方案。

一种宽带圆形阵列天线的矩量法分析

利用矩量法对宽带圆形阵列天线的互耦特性进行分析。为了对较粗线天线进行精确分析,矩量法采用正弦差值基函数与点配法,并采用全域线天线积分核计算Pocklington方程,得到天线的广义散射矩阵,实现互耦分析。为了验证其计算结果,对所设计阵列天线进行了CST软件仿真和实验测试。仿真和测试结果表明:矩量法计算与CST仿真结果基本相同,实验测试结果在主波束方向、主波瓣宽度、副瓣电平等特性上与计算和仿真结果近似一致,说明此方法能够有效的对宽带阵列天线进行互耦分析。

多波束超宽带收/发阵列的真时延光纤控制

研制了一种以光纤色散棱镜构成的真时延波束形成器.并描述了其特性,此波束形成器用于控制一个超宽带时控阵列天线.时控发射机天线由8个宽带螺旋单元构成,稀疏排列成一个阵.在发射状态下.由于受到微波元器件的限制,带宽为2-18GHz.发射机有大于100°方位的可控性能.在整个频率范围内没有见到任河“歪头”(轴偏)现象.还扩展了波束形成器的功能特性.并演示了完全独立的双波束双频超宽带天线发射机的工作.而且表明,波束形成器能够控制脉冲工作状态下(微波脉宽可窄至75PS)的发射机 .在相控接收状态下.天线因受限于元器件只有2个单元.故频率范围为6-16GHz,但仍然演示证明接收机可在整个可达到的频率范围内在大于70°方位内无歪头(轴偏)现象.

宽带自适应波束形成子带实现方法

提出一种基于通用参数滤波器组的宽带自适应波束形成子带实现方法.宽带接收信号经分析滤波器组分成若干子带信号,每个子带信号经各自的子带阵列处理器处理后由综合滤波器组恢复成宽带信号.因子带信号工作在更低的采样速率下,且每个子带信号处理器并行工作.有效降低了算法计算量.提高了阵列处理器效率.结果表明。与传统宽带处理方法相比,此子带方法除了输出信号均方误差略有增加外。能有效提高权值收敛速度。显著增强干扰抑制能力;与使用同样通道数目的正交镜像滤波器组的子带方法相比,该方法进一步提高了干扰抑制能力并可减小均方误差.

基于孔径长度域重采样的快速恒定束宽波束形成

为解决宽带阵列天线波束宽度抖动的问题,在分析阵元权系数和阵列方向图傅里叶变换关系的基础上,提出了一种基于孔径长度域重采样的快速恒定束宽宽带波束形成方法。该方法通过期望方向图的傅里叶反变换获取孔径长度域上的权系数曲线,然后用不同的采样间隔对该权系数曲线进行重采样得到不同频率下的阵元权系数。由于仅需进行一次积分运算,该方法具有运算量小、速度快的特点。为使阵列方向图在恒定束宽的基础上具有更好的方向性,通过对孔径长度域拟合度的分析给出了期望方向图的设计方法。仿真结果表明所提方法可以快速形成方向性较好的宽带阵列恒定束宽方向图。