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。

一种高性能功率放大器-圆极化天线的一体化设计

本文设计了一种具有圆极化辐射特性的高性能功率放大器-天线一体化电路。通过直接优化圆极化天线的输入阻抗,使之与消除输出匹配网络的功放电路直接集成。这种无缝集成方式不仅有效减少了插入和失配损耗以及整体电路尺寸,而且提高了整体的性能。采用的圆极化天线由矩形贴片和改进的地平面组成,通过在地平面上增加垂直短截线和切割水平缝隙,增强了天线的3 dB轴比带宽。为了验证,设计、制造和测量了工作在3.4 GHz~3.6 GHz的一体化电路原型。实验结果显示,功放-圆极化天线一体化电路在工作频带内的功率附加效率(PAE)超过60%,且3 dB轴比带宽达到320 MHz(相对于3500 MHz的中心频率为9.1%)。相较于传统的级联设计,PAE提高了8.5%,3 dB轴比带宽也得以改善。

一种用于射频识别阅读器的双频宽带圆极化天线

该文设计了一种紧凑的用作射频识别(RFID)阅读器的双频宽带圆极化天线。天线由弯折处理的矩形贴片、L形贴片和三角形地板构成,通过微带线进行馈电。两个辐射贴片分别独立控制高低两个频段,其轴比带宽也可独立调整,三角形地板可以使横向电流和纵向电流发生变化,从而改变横向电流和纵向电流的比值大小,实现圆极化性能。天线尺寸为0.92λ_(0)×0.92λ_(0)×0.0064λ_(0)(λ_(0)为2.40 GHz时的自由空间波长)。测试结果表明在超高频(UHF)频段该天线实现了49%(0.77~1.27 GHz)的阻抗带宽和46%(0.84~1.34 GHz)的轴比带宽,在无线局域网(WLAN)频段实现了47.5%(1.54~2.50 GHz)的阻抗带宽和24.2%(1.96~2.50 GHz)的轴比带宽,可以完整覆盖UHF和WLAN两个频段,具有良好的辐射特性。与其他双频圆极化天线相比,该天线整体结构紧凑、设计简单、避免了使用复杂的馈电网络,且具有较宽的3 dB轴比带宽。

一种新型的低剖面定向宽带圆极化天线设计

针对低剖面定向圆极化天线结构复杂、带宽较窄等问题,设计了一款基于类同轴波导的紧凑型宽带定向圆极化天线。该天线于波导上表面印制螺旋缝隙,波导内端口处使用同轴接口馈电。天线端口反射系数性能可通过合理地调节波导内外导体尺寸进行优化,避免了馈电网络的使用,天线结构得到简化。另外,天线无需借助反射地板可直接实现定向辐射性能,使剖面尺寸降低至0.1λ(λ为自由空间中最低频点波长),并由于同轴波导的宽带通性实现57%(2.7~4.85 GHz)的有效带宽。运用介质集成波导技术制作该结构天线,并进行仿真和测试,两者结果吻合良好,证明此种设计方法的有效性。与其他定向圆极化天线相比,该天线整体结构紧凑、设计简单、避免了复杂的馈电网络,且具有较宽的有效带宽。

一种小型化超宽带双极化天线

本文设计了一种小型化超宽带双极化天线。为实现小型化,Vivaldi天线设计了契合模拟能量密度波纹的拟合曲线槽缝,从而大大拓展了带宽。在未增大尺寸的同时设计了超表面透镜,在实现小型化的基础上提高了增益。将设计的单极化Vivaldi天线十字交叉镶嵌得到了最终的双极化天线。实测结果表明,双极化天线带宽为2.17 GHz~13.70 GHz,空间体积仅为0.1442λ1~3(λ1为带内最低频波长),最高增益达到12.32 dBi,隔离度大于30 dB。该天线可应用于雷达侦察系统等对极化敏感度要求高的应用场景。

一种Ka频段双频圆极化天线的设计

面向Ka频段高通量卫星对天线的需求,本文设计了一种Ka频段双频段圆极化微带缝隙天线,天线单元由不对称U形贴片和开矩形槽的接地板组成,采用微带线侧馈供电,通过微带线开凹槽实现双频带,加载一对支节和贴片开槽实现圆极化。仿真结果显示,低频段的-10dB阻抗带宽为28.33GHz~30.61GHz,与对应3dB轴比带宽重合度为50.5%;高频段的-10dB阻抗带宽为35.44GHz~38.38GHz,与对应3dB轴比带宽重合度为100%。该天线具有结构简单,圆极化性能良好等优点。

圆极化天线特性参数测量方法

提出了一种利用线极化源天线测量圆极化天线特性参数的新方法.基于椭圆极化波的分解理论,建立了测量方法的数学模型,用线极化源天线进行两次正交的测量即可得到圆极化天线的方向图、轴比、增益等特性信息,并研制了实际的测试系统.利用该测试系统对圆极化天线进行实际测试,证明了该方法具有实用性强、自动化程度高、测量精度高等特点.

圆极化天线轴比的测量方法

文中设计了一种利用线极化辅助天线测量圆极化天线轴比的新方法。该方法基于椭圆极化波的分解理论,使用线极化辅助天线在不同的角度进行三次或三次以上的测量,即可得到圆极化天线的轴比信息。利用该方法对圆极化天线进行实际测试,证明了该方法的有效性。

利用线极化天线快速测量圆极化天线轴比的方法

针对轴比测试需要连续旋转线极化天线极化轴,在高频段旋转关节难以消除高速旋转带来的电缆抖动所引起的幅度和相位不一致性,提出了一种快速、精确测量圆极化天线轴比的测试方法。基于椭圆极化波的正交分解理论,该方法利用线极化天线对待测圆极化天线进行两组正交的线极化幅度测量,通过计算得到圆极化天线的轴比等极化椭圆参数的信息。在此基础上又提出了只用三个线极化分量测量圆极化天线轴比的方法。通过在微波暗室中对圆极化天线进行多次测试,验证了该方法的有效性。该方法提高了圆极化天线的测试效率,降低了测试难度,对于工程应用有重要的应用价值。

不同极化天线增益测量技术

本文简述了利用比较法测量任意极化天线增益的方法,推导出待测天线轴比对增益测量影响的修正因子的计算公式,指出了文献[1][2]关于轴比对增益测量影响修正公式应用的局限性。

基于极化旋转超表面的圆极化天线设计

本文通过设计出一种反射型极化旋转超表面,在8—12 GHz频域内实现高效的极化旋转,并将其加载于微带缝隙天线下方构成新型的极化旋转超表面天线,利用超表面的90°极化旋转效应,成功实现了天线的圆极化辐射调制.仿真与实验结果表明:圆极化天线的中心工作频率为GHz,阻抗带宽为8.3—10 GHz.当微带缝隙天线与极化旋转超表面的间距H=4.5mm时,天线在8.3—8.8 GHz频带内实现了圆极化辐射;当mm时,天线在8.8—9.3 GHz频带内实现了圆极化辐射;当=8mm时,天线在9.3—10 GHz频带内实现了圆极化辐射.实验结果与仿真结果相符,证明了此种设计方法的有效性,也为微带缝隙天线的圆极化设计提供了一种新的途径.

低副瓣基片集成波导缝隙阵圆极化天线

基于基片集成波导技术与标准印刷电路板工艺,实现了圆极化、低副瓣的平面缝隙天线阵列。辐射单元采用基片集成波导顶层匹配缝隙对结构,行波式圆极化单元。辐射缝隙经过改进,单个辐射单元的反射系数均小于-30 dB。平面阵列采用基片集成波导低副瓣功分器馈电。文中给出了具体设计公式、方法和仿真结果。设计制作的16×16阵列在16.1 GHz频点上实测增益为30 dB,轴比为0.7 dB,副瓣小于-20 dB。

GPS单孔径双极化天线抗干扰算法与性能分析

设计了一种利用单孔径双极化天线进行GPS自适应抗干扰的方法,并对算法的性能进行了详细的分析。新方法在不降低卫星信号质量的前提下,仅占用单个天线位置,就可以对付窄带或宽带干扰,为增强安装受限装备的导航抗干扰能力提供了一种新的解决方案。仿真结果表明,新方法可行、有效。

500MHz～3.5GHz高性能宽带双极化天线的研制

本文研制了一种500MHz～3.5GHz高性能宽带双极化四脊喇叭天线。首先采用化四脊喇叭天线为双脊喇叭天线的设计方法设计初步模型,然后利用HFSS对四脊喇叭天线的参数及结构进一步优化,提高了两个极化端口的驻波比性能:一方面对四脊波导各个参数对驻波比的影响进行分析,选出最优的参数组合;另一方面,结构上采用渐变结构、脊末端顶入导体杆、特制细探针馈电等设计。最终的测量结果显示,优化后的天线具备高性能:工作频带宽、方向图好,驻波比低,且两个极化端口的驻波比一致性好。

基于印刷振子和微带贴片的双极化天线单元研究

该文基于互补天线的原理,研究了一种基于印刷振子和圆形微带贴片的双极化天线单元,其中印刷振子为电流辐射源,圆形微带贴片等效为磁流辐射源,它们分别组成了两个极化端口,在空间形成双极化的辐射场。采用全波电磁仿真技术对该天线结构进行了电磁仿真和优化设计,仿真结果表明,在工作频带范围内,所设计的双极化天线的隔离度达到22 d B以上,在主辐射方向的交叉极化电平低于-20 d B。加工了双极化天线单元并进行了测试,其电压驻波比、端口隔离度和交叉极化电平均满足双极化天线的技术指标要求,验证了该双极化天线设计的可行性。

单孔径双极化天线的导航信号抗干扰

文章提出一种基于单孔径双极化天线的卫星导航信号抗干扰方法,推导了三维空间极化信号模型,并对算法的性能进行了详细的讨论。新方法仅占用单个天线位置,在不降低卫星信号质量的前提下,能有效抑制窄带或宽带干扰。为增强小型设备导航信号抗干扰能力提供了更为有效的解决方案。

新型超宽带双极化天线设计

本文设计了一种在3. 2～18 GHz频率范围工作的超宽带双极化天线。天线单元为双开槽Vivaldi天线,基于共形波纹边缘的设计思想,利用指数形槽缝波纹边缘使双开槽Vivaldi天线在与同尺寸传统Vivaldi天线相近的带宽内获得了高增益等良好的辐射特性。通过将两个双开槽Vivaldi天线正交放置,实现了超宽带双极化天线的设计,测试结果表明,工作频带内的极化隔离度高于25 dB,增益高于7 dB,辐射特性良好。与利用两传统Vivaldi天线实现双极化相比,避免了天线辐射结构的交叉,降低了设计的复杂度。

基于极化天线的机会中继选择协作通信

在移动节点配置极化天线,在满足节点体积限制条件的同时还可以获得良好的节点到节点的数据链路通信质量.研究通过协作节点配置极化天线来改善机会中继选择协作通信的性能的可行性.但由于极化电磁波信号在空间传播时存在散射、折射和极化偏转,接收机接收的二分集极化信号存在一定的相关性和功率不平衡等不利特性.研究了极化信号的相关性和功率不平衡等不利特性对机会中继选择协作通信的中断概率、频谱效率的影响.结论显示,基于极化天线的机会中继选择协作通信在相同信噪比和相同的信道衰落环境下,中断概率、频谱效率优于传统未采用极化天线的机会中继选择协作通信性能.

一种用于5G MIMO系统的宽带高增益圆极化天线

为提升5G无线通信系统容量,设计了一款基于V形缝隙耦合馈电的宽带高增益圆极化天线。该天线采用双层辐射贴片结构,拓展天线的阻抗带宽,并分别在辐射贴片和寄生贴片上刻蚀一对半径不等、位置正交的双圆形缝隙,有效改善了天线的圆极化特性。通过加载平板反射器提高天线的前后比,实现良好的定向辐射。实测结果表明,驻波比小于2的阻抗带宽为53.55%(2.27~3.93 GHz),在半功率波束宽度范围内轴比小于3 dB,轴比带宽为27.38%(2.9~3.82 GHz),在工作频带内实测的天线平均增益达到8.22 dBi。该天线适合作为5G多天线系统中的智能天线单元进行自适应波束赋形。

新型低剖面辐射单元及小型双极化天线

基站天线大都利用对称振子辐射单元组成,而常规对称振子的高度通常为工作中心频率的1/4波长左右。提出一种新型的低剖面对称振子辐射单元,高度只为工作中心频率的1/8波长,在1.71~2.17GHz的宽频带范围内,具有良好的阻抗特性和辐射特性。采用电磁仿真软件ANSOFT HFSS建模仿真,实现了一款小型双极化天线,其体积达到同频率常规天线的一半,而且实测结果与仿真数据相吻合。该天线性能稳定,造价成本低,实用价值很大。