应用于卫星导航的高增益宽轴比波束圆极化天线设计

本文设计了一种应用于北斗B3频段的高增益宽轴比波束圆极化卫星导航天线。该天线采用圆环贴片作为辐射单元,圆极化波由两路幅度相等、相位相差90°的线极化波合成,本次设计利用圆形金属轴套提高3d B轴比波束宽度。使用HFSS对该天线进行仿真分析,最后进行加工测试,结果表明:在1.25~1.286GHz频段内电压驻波比(VSWR)小于1.4,该频段内小于3d B轴比波束宽度达到118°,且辐射主方向增益大于7d Bic。该天线也可作为卫星导航天线阵列单元使用。

一种宽轴比波束宽度的圆形微带天线的设计

针对中国北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)L频段天线,本文设计了一种宽轴比波束宽度的微带贴片天线。该天线中心频率是1.616GHz,采用双层圆形贴片结构,在下层贴片加载4根销钉。仿真结果表明:反射系数S11<-10dB带宽是85MHz(相对带宽为5.26%);小于3dB的轴比范围在xoz面为151.0°,在yoz面为143.6°,中心频率点增益是8.73dB。与加载销钉的单层圆极化微带贴片天线相比,加载销钉的双层结构展宽阻抗带宽和宽轴比波束宽度范围。

一种具有宽角轴比特性的圆极化天线设计

设计设计了具有宽角特性的圆极化微带天线,采用双馈点微带天线和带90°移相段的威尔金森功分器实现天线的圆极化,通过金属腔体结构和金属槽加载的方式实现天线的宽波束和宽角轴比特性。通过对影响天线性能的各个参数进行优化设计,并加工了天线样机,天线实测结果表明天线性能达到了预期研究目标。

一种小型化宽带宽波束平面四臂螺旋天线

设计了一种GPS／北斗频段的小型化具有宽带宽波束宽轴比特性的平面四臂螺旋天线。该天线分为馈电网络和辐射体两个部分，馈电网络采用平行双线差分馈电，引入180。相位差，从而减少了一级功分器，使馈电网络的平面尺寸减小一半；辐射体部分采用平面结构，每个天线臂采用倒F形式，逆时针旋向印制在介质基板上，中间增加了空气层来增大天线的增益，这种平面结构大大降低了天线的高度。馈电网络的信号通过馈电金属柱传输至辐射体。通过电磁仿真软件AnsoftHFSS仿真和优化，并制作了实物。测试结果表明：中心频率1．57GHz处的相对带宽（VSWR〈1．5）达到12．7％，增益达到3．38dBi，俯仰面的半功率波瓣宽度为110°，俯仰面的3dB轴比宽度为132°，方位面的不圆度为0．5dB。

宽带圆极化十字交叉印刷偶极子的设计

提出了一种工作于S频段的有宽轴比带宽特性的十字交叉印刷偶极子天线。通过长/4g?(g?表示中心频率的导波波长)的相位延迟曲线,使其四个振子臂顺序呈现90°的相差,来实现其圆极化性能。为展宽天线的圆极化性能,采取对其四个振子臂切角的方法,使高频段产生另外一个轴比最低频点,从而来拓展天线的轴比带宽。运用Ansoft HFSS软件对天线进行优化设计,仿真结果表明:设计的十字交叉偶极子不但具有37.3%(2.29~3.34GHz)的3d B轴比带宽,而且还有45.8%(2.02~3.22GHz)的阻抗带宽(VSWR≤2),主极化峰值增益在频点2.5GHz处达7.2d Bic。

一种小型宽波束圆极化天线

为展宽圆极化天线的轴比波束宽度,并保持天线的低剖面和小型化,基于基片集成波导结构设计了一种环形缝隙天线。该天线由一个准方形基片集成波导腔、一个蚀刻在顶层的八边形环形缝隙和四个阶梯形微带短截线组成。首先对方形环缝隙天线的电场和等效磁流分布进行了分析,发现方形缝隙边长的电长度是影响3 dB轴比波束宽度的主要因素;通过在缝隙中引入短截线和对方形缝隙切角,能有效地调整该电长度。天线实测的3 dB轴比波束宽度在xoz和yoz面分别为220°和178°,在边射方向的主极化增益为6.42 dBi,适合用作导航系统的便携式终端天线。天线的尺寸为0.47λ_(0)×0.47λ_(0)×0.029λ_(0),其中λ_(0)为中心频率5.67 GHz的自由空间波长。

基于SP馈电网络的超宽带圆极化天线设计

提出了一种基于顺序相移(SP)馈电网络的宽轴比圆极化微带阵列天线.该天线通过将四个相同的圆形贴片辐射器连接在SP馈电网络的输出端,形成2×2微带阵列天线以实现圆极化性能.为保持馈电网络的紧凑性和圆形贴片辐射器的宽带特性,设计了一种不规则局部接地的方法.为获得天线的定向辐射并提高增益,在介质基板下方7.4mm处设置一金属反射板.经过HFSS仿真软件优化分析,所提出天线的总尺寸为65mm×65mm×8mm,小于-10dB阻抗带宽为5~8.6GHz(52%),3dB轴比带宽为5.72~8.16GHz(35%),在圆极化工作频率范围内增益可达10~12dB.对所提出天线进行实物加工与测试,测试结果和仿真结果较吻合.

一种新型宽带双频段圆极化RFID读写天线

提出了一种新型宽带双频圆极化射频识别(RFID)读写天线,由上层的旋转对称折合振子和缝隙加载的方形贴片以及下层的紧凑型馈电网络构成。天线具有两个外部端口,分别激励低频0.9 GHz和高频2.45 GHz双频段的圆极化辐射。借助HFSS对天线进行了建模、仿真和优化,最后采用FR4板材制作天线实物并完成了试验测试。天线的外部尺寸为0.6λ0×0.6λ0×0.1λ0(λ0为0.9 GHz频点下的自由空间波长),测试结果表明,天线在低频段和高频段的-10 dB阻抗带宽和3dB轴比带宽分别为91.1%(4.9%)和87.8%(1.3%),频段内的峰值增益为5.48 dBic(3.63 dBic),最小轴比为1.1 dB(1.2 dB),在高低频段内,天线的辐射方向图对称稳定。该天线不仅能够满足全球通用型UHF频段(0.84~0.96 GHz)和ISM频段(2.4~2.5 GHz)RFID读写应用需求,而且具有低成本、易加工等优点,在物联网领域将具有很好的应用前景。

基于人工电磁结构的宽波束天线设计

针对传统宽波束天线的局限性,提出基于人工电磁结构的宽波束天线设计.该天线采用两层结构设计,底层辐射体通过引入接地短路探针的方式拓宽圆极化3 d B轴比波束;顶层为方环结构的人工电磁结构,利用其波束赋形特性,增大天线半功率波束宽度.基于该方法设计的天线,兼顾宽圆极化3 dB轴比波束和半功率波束特性,能够应用于北斗卫星导航系统用户终端.

一种用于超高频RFID阅读器的端射圆极化天线

本文提出了一种宽轴比带宽的RFID阅读器端射圆极化天线。该天线结构简单,采用矩形波导结构(等效为磁偶极子)结合一对蝶形振子结构(等效为电偶极子),同时采用四分之一波长的微带线结构和U型微带线调节阻抗匹配以及移相。最终,设计实现了一款超高频端射右旋圆极化天线,仿真结果表明该天线在谐振频点出的S11为-19.6 dB,阻抗带宽为180 MHz(850 MHz-1030 MHz),3 dB轴比带宽(AR)为130 MHz(850 MHz-980 MHz),可广泛应用于超高频RFID阅读器。

小型化双频圆极化天线设计

为减少多径损耗、抗极化失配并同时满足无线设备对小型化、多频段的需求,提出了一种小型化、宽轴比的双频圆极化天线。天线采用相对于馈线不对称的矩形接地板,实现Wi-Fi(5.15~5.35 GHz)频段圆极化辐射。在此基础上,通过对接地板进行切角处理并刻蚀两个宽度不等的L形缝隙,在不改变天线尺寸的情况下产生低频谐振频率,使天线同时工作在UHF(840~960 MHz)频段,并具有小型化特性。通过在接地板上加载两个高度不等的矩形枝节以及在圆形辐射贴片上刻蚀臂长不等的斜十字形槽,拓宽低频轴比带宽并降低两个频段的轴比值,实现宽轴比的双频圆极化辐射天线。天线最终尺寸为60 mm×60 mm×1.6 mm。仿真与测试结果表明:天线的相对阻抗带宽分别为62.6%(0.79~1.51 GHz)和34.1%(3.84~5.42 GHz),3 dB轴比带宽分别为108.1%(0.34~1.14 GHz)和7.2%(5.08~5.46 GHz),具有良好的辐射特性,可应用于UHF和Wi-Fi频段。

5.835 GHz微带阵列天线的设计

为了降低目前电子不停车收费(electronic toll collection,ETC)系统中存在的邻道干扰、跟车干扰等问题,设计了一种5.835 GHz的微带阵列天线.首先使用对方形贴片切角的方式实现了天线的圆极化,然后通过对4个天线单元运用旋转与相位补偿的方式进行了轴比(axial ratio,AR)带宽的提升,并最终以改进后的4单元作为微带阵列天线的辐射单元.在低旁瓣和高定向方面,本文基于道尔夫-切比雪夫幅度分布的方法进行了不等幅馈电的馈电网络设计.通过大量的电磁仿真,最终确定了天线的最优结构,并进行了实物加工和测量.实测结果表明,阻抗带宽为5.67~5.88 GHz,在5.7~5.9 GHz频段内,增益大于15 dB,AR小于3 dB,E面半功率波瓣宽度小于12°,实测结果与仿真结果具有较好的一致性.该天线具有低旁瓣、圆极化、高定向的特点,为ETC系统路侧单元阵列天线提供了一种新颖的天线结构.