基于顺序旋转馈电的Ka波段圆极化天线阵设计

针对航空航天、雷达和通信系统对定向性平面圆极化天线阵的需求,本文研究并实现了Ka波段宽带圆极化16单元微带天线阵。该天线阵以角截断微带贴片作为基本谐振单元,采用顺序旋转馈电技术构造成4元阵列,并再次对4元阵应用顺序旋转馈电技术,得到16元天线阵列以获得高增益。通过计算电磁学仿真软件对天线性能进行了分析,并使用Rogers 5880制作了天线实物,仿真和测量结果符合得很好。研究结果表明,在29.08~31.22 GHz频段内,天线阵的反射系数小于-10 dB,轴比小于3 dB,相对带宽超过13.8%,验证了通过顺序旋转技术,可以有效地实现高增益平面圆极化天线阵。

顺序旋转馈电背腔圆极化天线阵列

主要描述了一种基于顺序旋转馈电网络构成的背腔式缝隙圆极化天线阵。天线单元是一种低轮廓的背腔共面缝隙天线,包括运用介质填充的金属背腔和共地共面波导构成的馈电单元。该天线单元带宽为170 MHz,最大增益为5.7 dBi,其厚度小于λ0/50。而天线阵采用2×2天线单元顺序旋转馈电的方法来实现圆极化,其阻抗带宽和3 dB轴比(Axial Ratio:AR)带宽分别为470 MHz和70 MHz。天线阵工作频率为10 GHz时的最大增益为7.7 dBi,前后比为14.2 dB,最大交叉极化电平为-19.3 dB。结果表明该天线阵拥有良好的辐射性能,具有低损耗,轻便,易于平面集成的特点。

基于非对称耦合螺旋谐振器的顺序旋转馈电网络设计

基于一种新型超材料单元——非对称耦合螺旋谐振器,提出了基于该单元的顺序旋转馈电网络设计方案。由于螺旋谐振器的内卷几何特性,非对称耦合螺旋谐振器尺寸非常紧凑。同时,研究发现,该单元的-90°相移频率大致与通带中心频率对应,对于设计正交相移微波器件具有重要价值。由于非对称耦合螺旋谐振器的上述优点,提出的馈电网络结构具有小型化和调试简单等优点。测试结果表明,该馈电网络能够较好地满足顺序旋转馈电的要求。

一种旋转馈电的圆极化微带阵列天线设计

为展宽微带天线的轴比带宽并提高增益,利用旋转馈电方法设计出一种小型化宽轴比高增益的圆极化微带阵列天线。天线由四个微带贴片单元和一个旋转馈电网络组成,每个贴片单元为引入半圆槽的切角矩形,且关于中心旋转对称;旋转馈电网络位于底层介质基板的表面,与四个贴片单元通过四个镀铜通孔相连。利用电磁仿真软件HFSS对天线的性能进行数值计算,阵列天线的-10dB阻抗带宽为12.3%(4.71~5.33GHz),3dB轴比带宽为13.2%(4.67~5.33GHz),峰值增益在5.2 GHz为9.02 dB。

相位旋转馈电宽带圆极化贴片阵列天线

设计了一款宽带圆极化贴片阵列天线。其中天线单元采用层叠技术，在原贴片上增加一层寄生单元，使圆极化工作带宽拓宽至14．8％。然后设计了等线宽的微带相移馈电网络，实现输出端口的幅度相同，相位顺序递变。最后引入旋转馈电技术，采用所设计的馈电网络对结构顺序旋转的天线单元进行相位旋转馈电，使阵列的圆极化带宽进一步增加至21．9％。

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%.

一种宽带宽波束圆极化微带天线的设计

本文设计了一款宽带宽波束圆极化微带天线。天线采用堆叠的双层圆贴片结构,结合四点顺序旋转馈电方式,实现了宽带圆极化辐射性能;在叠层圆贴片周边加载垂直接地金属柱环形阵,利用波束引向作用和等效零模谐振特性,在大带宽范围内实现了半功率波束宽度(HPBW)的有效展宽,并保证宽带宽波束内的圆极化辐射性能。对天线进行了加工、测试。实测结果表明,S 11小于-10 dB的阻抗带宽(4.54 GHz~11.50 GHz)为87%,覆盖了期望的应用工作频带6 GHz~10 GHz;轴比小于3 dB的带宽达到了33.1%(6.71 GHz~9.36 GHz);HPBW在6 GHz~8 GHz范围内接近100°,在整个带宽内均超过75°;除了9.5 GHz以上频段,工作频带内的6 dB轴比波束宽度覆盖范围都接近200°,表明天线在宽带和宽波束内具有良好的圆极化性能。

一种前馈三频段组合馈源设计与实现

设计了一种P、L、S三频段自跟踪组合馈源。天线结构采用腔振子形式,P频段选用旋转馈电形式进行设计,L、S频段采用宽带十字振子形式,S频段采用五阵元单脉冲自跟踪体制进行设计,各频段采用相互嵌套形式合理利用结构空间,同时通过仿真优化天线各频段之间的耦合得到很好的馈源辐射方向图,得到较好的照射电平和照射角度,提高馈源的照射效率。并加工了天线样机,通过测试P、L、S各频段天线均达到较好的效率。

一种轻薄圆极化阵列天线设计

采用0.5 mm厚度的轻薄高频基板,设计了一款轻薄、高增益圆极化阵列天线。为实现良好圆极化特性,采用单馈微扰法设计阵列单元,同时将每2×2只单元组成子阵,通过由等分功分器与移相器组成的馈电网络,实现子阵单元的等幅、相差90°的顺序旋转馈电。设计了一只工作频率5.8 GHz的8×8阵列天线样品,天线剖面高度仅为0.009 7λ(λ为工作频率为5.8 GHz时对应自由空间中的波长)。测试表明,该阵列天线VSWR<2阻抗带宽为4.0%(5.69~5.92 GHz),3 dB轴比带宽为2.1%(5.74~5.86 GHz)。在5.8 GHz工作频率点,阵列天线增益为23.7 dBi,相应的口径效率为81.6%。

双频带圆极化紧凑型微带贴片阵列天线设计

利用旋转馈电方法设计双频带圆极化的微带贴片阵列天线。该阵列包括四个金属微带贴片单元与一个金属微带矩形环。每个贴片单元为侧边单点馈电的切角矩形,且关于中心旋转对称。矩形环被放置在阵列中心,与四个贴片单元通过四条微带线相连。该中心矩形环既充当了馈电网络,为阵列提供了产生圆极化波所需的递增相位,又参与了辐射,提高了阵列天线的辐射性能。由于采用了矩形环馈电贴片单元的方式,该阵列只需单层介质板,具有结构紧凑的优点,而且在两个频段内实现了圆极化辐射。经加工、制作并进行测试,该阵列的-10 d B阻抗带宽分别为5.17 GHz^5.59 GHz和5.99 GHz^6.27 GHz,3 d B轴比带宽分别为5.19 GHz^5.49 GHz和6.1 GHz^6.18 GHz。

新型毫米波宽带圆极化微带天线阵列设计

提出了一种基于H形缝隙耦合的毫米波方形切角圆极化微带天线单元,对影响其轴比特性的各参数进行了分析,并采用这种新型天线单元设计了4×4毫米波宽带圆极化微带天线阵列。仿真结果表明,该天线阵列阻抗带宽(S_(11)<-10dB)和轴比带宽(4R<3dB)分别达到了25.9%(32.2～41.8G1z)和20.1%(32.6～39.9GHz),与传统圆极化微带天线阵列相比,分别提高9.7%和14.7%,天线阵列最大增益为19dB,在整个轴比带宽内,增益均大于15 dB,副瓣电平及交叉极化电平均较低。

Ka波段宽带圆极化微带天线单元及阵列设计

设计了一种基于矩形缝隙耦合的Ka波段圆极化微带天线单元,分析了各参数对轴比特性的影响;为改善天线的轴比带宽和圆极化纯度,采用顺序旋转馈电技术,设计了4×4宽带圆极化微带天线阵列。仿真结果表明,该天线阵列具有良好的宽带特性,其阻抗带宽(S11<-10dB)达25%(31.4～40.2GHz),轴比带宽(AR<3dB)达17%(31.8～37.8GHz)。

一种宽频带二元微带天线阵的设计与制作

设计了一种连续旋转馈电方式下层叠结构的双单元圆极化微带天线阵。讨论了利用调谐支节优化层叠结构微带天线阻抗带宽的方法,并在此基础上引入连续旋转馈电方式组成了二元微带天线阵。制作并测试了相应的天线阵,结果表明:采用层叠结构可以有效扩展微带天线的阻抗带宽,同时提高了天线增益,连续旋转馈电技术则提高了天线阵的圆极化纯度,测试结果与仿真吻合较好。

S波段宽频带圆极化微带天线阵列设计

设计了一种工作在S频段的圆极化微带天线阵列。该阵列中的微带天线单元采用了加载U形缝隙和双馈点馈电的方式展宽其工作频带。将单元组成阵列后使用了顺序旋转馈电的技术,使得轴比带宽得到了进一步改善。最终得到一尺寸约为1.4λ0×1.4λ0×0.04λ0的天线阵列。仿真结果表明,该天线阵的最高增益可达13.16d B（2.07GHz）。在1.952.3GHz的频率范围内,能够满足增益大于10d B、轴比小于1d B、电压驻波比小于1.5,轴比带宽和阻抗带宽大于16%。

双频带圆极化微带阵列天线设计

利用旋转馈电技术设计了一种双频带圆极化微带阵列天线,以扩充天线的通信容量,提高抗干扰能力。天线由四个对角切角的矩形贴片和一个金属矩形环组成。天线利用贴片切角实现圆极化,利用两个贴片的对角线长度不等实现双频特性。天线中心的矩形环既可当做馈电网络,为圆极化波提供所需的递增相位,又可以提高天线的辐射性能。最后,利用电磁仿真软件HFSS对天线的性能进行数值计算,阵列天线的-10 d B阻抗带宽分别为1.3~1.4 GHz和1.55~1.58 GHz,3 d B轴比带宽分别为1.36~1.42 GHz和1.6~1.62 GHz。

K波段圆极化介质集成背腔天线阵

为解决背腔天线阵在K波段由于尺寸过小导致的加工和组阵困难等问题,基于多层印刷电路板(PCB)工艺,提出了一种由介质集成波导(SIW)馈电的4(4介质集成椭圆背腔天线阵列。该阵列的基本辐射单元由一对三角形贴片和一个介质集成的椭圆腔体构成,圆极化特性是通过背腔口径上正交场分布实现,贴片上2种正交电流模式辅助拓展了单元的圆极化轴比(AR)带宽。此外,为了拓宽阵列的AR带宽,使用了一种改进型的SIW功分器和连续旋转馈电技术对阵列馈电。最后,对天线阵列模型的仿真结果进行了实验验证。通过介质集成、椭圆背腔和在背腔口径上加载三角形贴片等技术,解决了单元尺寸给加工和组阵带来的问题,实现了具有宽带圆极化特性的K波段背腔天线阵。

L频段星载相控阵天线设计与实现

文中设计并实现了一种应用于低轨互联网星地通信的L频段星载相控阵天线。该天线阵列由4×4的方形正交对称振子阵元构成,阵面尺寸为340 mm×340 mm,其中15个阵元组成接收单元,1个阵元作为发射单元置于整阵的一角。由电磁仿真结果可知,在1.60~1.75 GHz频带内,接收天线单元有VSWR<1.5、轴比小于2 dB的圆极化辐射性能;在120°扫描范围内,增益在12.7~16.4 dB范围。在微波暗室对无源天线阵列和射频接收前端集成的有源相控阵单元进行了校准与测试,结果表明接收相控阵实现了正确的波束指向且具有±60°的大角度扫描特性,有源增益可达83 dB。

CPW无空气桥功分器设计及其在阵列天线中的应用

针对传统微带圆极化阵列天线存在带宽较窄、尺寸较大等问题,提出一种新颖的基于共面波导(CPW)槽线转换结构的无空气桥功分器,并基于此功分器设计了一款紧凑型高定向性圆极化阵列天线。设计的共面波导功分器利用共面波导奇模式方法实现了能量分配,不需使用空气桥结构及四分之一波长匹配线,因此尺寸更加紧凑,结构更加简单。利用此功分器设计的圆极化阵列天线剖面厚度仅为1 mm,轴比带宽为4.14%,阻抗带宽为7.03%;在5.8 GHz时,实测增益为8.412 dBi,在保证低剖面、小尺寸的同时,可提供足够的工作带宽以及天线增益。

箭载中继相控阵天线宽角圆极化技术研究

研究了共形阵列天线实现宽角扫描圆极化工作的途径,以满足中继测控对天线波束扫描能力及主波束内轴比的要求。提出了一种宽波束微带单元的设计方法,其主切面的3dB波束宽度达130°以上。定量研究了阵列单元方向图的波束宽度和形态对共形阵列宽角扫描的增益损失、指向偏差等指标的影响,指出了使用宽波束阵元的必要性。结合仿真和理论说明了宽角扫描时使用旋转馈电法可改善主波束内轴比。结合天线产品的实测结果,证明了设计方法的有效性以及仿真设计的准确度。相控阵天线在方位±60°、俯仰±45°内的增益为12.2-16.4dBi,3dB波束内的轴比小于6dB,满足技术指标。

双频双圆极化共口径天线设计

设计了一款X/Ku波段的双频双圆极化共口径天线。首先,采用微带开槽的方法分别设计了单层结构的低频右旋和高频左旋圆极化单元。然后,通过合理的布局,设计了两套独立的顺序旋转馈电阵列,提高了天线的增益和圓极化轴比。仿真结果显示,X波段天线的-10dB阻抗带宽为10.23GHz~11.32GHz(相对带宽为10.19%),圓极化带宽为10.61GHz~10.94GHz(相对带宽为3.08%);Ku波段天线的-10dB阻抗带宽为16.51GHz~18GHz(相对带宽为8.61%),圆极化带宽为17.02GHz~18GHz(相对带宽为5.66%)。高低频的隔离度在θ从-30到30°的范围内保持在10dB以上,有很好的圆极化特性。所设计的天线结构简单,尺寸小,圆极化性能好,隔离度高,可应用于卫星通信中。