一种等通量波束的多极化可重构天线

随着航天技术的革新,对近地轨道的通信需求逐年增高。近地轨道卫星就在此背景下产生,主要应用于遥感探测天气预报和数据通信领域。由于近地轨道卫星天线辐射波束所覆盖的地球表面是球面,因此波束通常设计为等通量形式。由于卫星通信通常存在极化失配、多径效应等问题,选择多极化而不是圆极化作为近地卫星天线的工作状态能更好地适应复杂的工作环境,保证通信质量,将等通量波束天线和多极化可重构技术结合起来有很大的应用前景。基于一对正交圆极化波能合成线极化波的设计原理,文中提出了一种具有等通量波束的多极化可重构天线,该天线由可重构馈电网络和带扼流环的隔片极化器圆波导组成。馈电网络中嵌入单刀四掷开关(SP4T)与单刀双掷开关(SP2T),通过改变开关的工作状态,馈电网络将给圆波导提供不同的馈电条件,在圆波导内隔片的作用下天线实现两种圆极化与两种线极化的可重构。通过在圆波导口引入扼流环以及波导口作“T”型开槽处理,实现波束赋形,并且保证天线在不同极化状态下辐射等通量波束。实测结果显示,天线在不同的极化状态下-15 dB重叠阻抗带宽14.7%,覆盖4.80~5.56 GHz,方向图顶部在θ为-24°~+24°范围内具有平坦效果,圆极化状态下空间轴比覆盖-51°~+50°,覆盖范围大于方向图顶部平坦范围。天线实测结果与仿真结果有较好的一致性,具有多极化和方向图顶部平坦的优势,可满足移动通信和卫星通信中多极化应用场景的需要。

一种低剖面可重构全向圆极化天线的设计

本文提出了一种低剖面极化可重构全向圆极化天线。该天线由一个1×4偶极子阵列天线和一个单极子天线组成,通过设计可重构馈电网络来激励这两部分子天线,可产生左右旋可切换的全向圆极化波。设计的馈电网络主要由一单刀双掷开关电路和一紧凑二阶3 dB耦合器组成,从而可输出幅度相等、相位差可在±90°间切换的两路信号。将馈电网络的两输出端口分别与水平极化的偶极子阵列天线和垂直极化的单极子天线相连,便可使天线在左旋圆极化(LHCP)和右旋圆极化(RHCP)两种辐射状态之间切换。设计的天线总体截面积为59.9×59.9×π mm^(2),天线厚度为0.058λ_(0)。测试结果表明,该天线在左右旋圆极化状态下的阻抗带宽(|S_(11)|<-10 dB)分别为21.5%(2.24~2.78 GHz)和19.4%(2.32~2.81 GHz)。全向左右旋圆极化状态的重叠轴比带宽(AR<3 dB)约为7%(2.44~2.62 GHz)。天线的最高增益为-0.9 dB,水平面增益波动小于1.3 dB。

超表面加载极化可重构双极化微带天线设计

基于超表面结构设计了一种2.555~2.655 GHz频段的极化可重构双极化微带天线。首先根据微带天线理论设计了缝隙耦合正交馈电的双极化微带贴片天线,然后提出并设计了一种方形切角的新型超表面结构,并将该超表面放置在双极化微带天线上,通过机械方式旋转超表面,实现了左、右旋圆极化和水平、垂直线极化之间的极化转换。利用HFSS仿真软件对该超表面加载微带双极化天线进行了仿真。结果表明,该双极化天线能够便捷地实现极化转换,且在两种极化状态下,天线在工作频带内的回波损耗小于–10 dB,隔离度大于20 dB,圆极化工作状态下的轴比小于3 dB,天线的整体性能良好。

基于SIW的频率/极化可重构背腔缝隙天线

针对现有可重构天线难以同时对频率与极化特性进行切换的不足,提出了一种低剖面紧凑型的频率与极化可重构波导背腔天线。天线由基片集成波导(substrate integrated waveguide,SIW)谐振腔和十字型槽线组成。在十字型槽线内加载PIN二极管,通过二极管的导通和断开调整有效谐振长度,达到频率可重构目的。在十字槽线两侧加载短路通孔可重构谐振腔内电场分布,在不改变辐射结构下实现圆极化波与线极化波之间任意切换。2种重构方式的切换结构各位于天线底层与顶层,二者互不影响,且天线制作简单,成本低廉。测试结果表明,天线仿真与实测保持一致,且工作性能良好。

极化可重构天线的研究与设计

文章设计了一款极化可重构微带贴片天线,它可以实现线极化与圆极化之间的转换以及左旋圆极化与右旋圆极化之间的转换。圆极化波是由幅度相等、相位相差90的相互垂直的线极化波产生,通过开在地面上的梯形槽激励产生的,每个梯形槽中都嵌有一个PIN二极管,用来改变电流的流向,通过控制二极管的通断来实现极化可重构。当左边的PIN二极管接通,右边的PIN二极管断开时,产生左旋圆极化;当右边的PIN二极管接通,左边的断开时,产生右旋圆极化。由于梯形槽与PIN二极管都开在接地面上,因此对天线性能的影响非常小。仿真与测量的阻抗带宽大约为60 MHz,轴比小于2。该天线结构简单,易于优化、仿真、制作,可应用于无线通信技术。

极化可重构的差分微带天线设计

提出了一种极化可重构的差分微带贴片天线。该天线不但可无缝集成于全差分射频收发前端,也可以通过改变4个PIN管开关的导通状态,调节方形贴片四角的寄生贴片的微扰状态,实现左旋圆极化、右旋圆极化以及线极化之间的切换。理论分析和仿真结果相吻合,该差分天线不仅拥有极化分集的能力,而且在工作频率约2 GHz范围,四种极化方式下的天线的回波损耗均大于10 dB,增益均大于6 dBi。

闪电对n79频段5G微带天线的电磁耦合效应研究

基于团队前期研究,建立天线在闪电通道附近的电磁耦合模型,详细分析所设计的n79频段(4.8~4.9 GHz)微带天线在不同极化状态下与闪电之间的电磁耦合特征。结果表明:天线为垂直极化状态时,其电场与闪电通道附近电场极化匹配,天线后端感应电压峰值便会大于同一时刻下的圆极化状态下的感应电压峰值。天线在不同极化状态下与闪电通道的耦合电压与其极化偏转角度有关,当天线表面电流的主要方向与闪电通道电场极化方向平行时,天线后端感应电压达到最大,而当天线表面电流的主要方向与闪电通道垂直时,天线后端的感应峰值电压最小。并提出一种基于天线极化可重构的防雷新方法。