基于MOEA/D算法的三陷波超宽带天线设计

为实现超宽带通信中对WIMAX(3.3~3.7 GHz)、WLAN(5.150~5.825 GHz)和ITU(8.01~8.50 GHz)频段干扰的抑制,提出了一种基于MOEA/D算法优化设计的具有三陷波特性的超宽带天线。天线采用T形结构作为辐射贴片,通过改变贴片形状等方法实现在3~12 GHz的超宽带。在辐射贴片上刻蚀两个U形缝隙和在传输线两侧加载C形开口环,对天线进行陷波设计。利用MOEA/D算法对陷波结构的结构参数和加载位置进行优化,实现了在3.31~3.69 GHz、5.25~6.13 GHz和8.01~8.51 GHz频段的陷波效果,成功抑制了频段干扰。与传统扫频优化的设计方法相比,采用MOEA/D算法设计的天线在陷波频带内增益低至-19 dB,各陷波频带准确度误差均在3.6%以下,提高了天线的设计效率,具有一定的工程应用价值。

基于半圆分形的柔性超宽带天线

以柔性材料聚酰亚胺(PI)作为介质基板材料,设计了一种柔性超宽带(UWB)半圆分形天线。天线辐射单元采用四阶半圆迭代嵌套分形结构,通过不同分形半圆调节电长度,增加天线的工作谐振点。通过在接地板开槽提高天线的阻抗匹配特性,实现UWB辐射。利用共面波导馈电方式提高天线的集成性。仿真与测试结果表明:所设计天线的阻抗带宽为2.98-10.61 GHz,带内全向增益达到5.58 dBi,天线最终尺寸为30 mm×24 mm,实现了小型化和可弯曲的特性,在共形于13 mm半径的圆柱后,天线仍能保持UWB辐射性能。

3D打印技术在机载超宽带共形天线中的应用研究

为提高共形相控阵天线的设计制造效率,在平面紧耦合天线的基础上,设计了与飞机襟翼曲面共形的紧耦合超宽带相控阵天线。按照共形天线的安装要求,提出了混合3D打印技术,即采用熔融堆积成型技术及微滴喷射成型技术实现襟翼流线型曲面模型的打印,并完成了紧耦合天线辐射层的打印,验证了3D打印技术在共形天线上的应用。加上馈电结构后对单元电压驻波比(voltage standing wave ratio, VSWR)和方向图进行了测试,结果表明所设计的天线在0.4~2.0 GHz范围内,VSWR、单元方向图和阵列方向图符合设计技术指标,为后续共形天线设计和加工提供了技术基础。

基于特征模理论分析的超宽带小型化准八木天线设计

文中设计了一款超宽带准八木天线。根据特征模理论对传统的准八木天线进行分析,并结合天线理论,在不改变天线原有尺寸的情况下,通过采用弯折、切槽等技术,增大了电流路径,拓宽了低频的工作带宽。天线尺寸为0.256λ_(0)×0.256λ_(0)×0.002λ_(0)(λ_(0)为最小工作频率所对应的波长),工作带宽为0.78 GHz~1.58 GHz。与初始天线相比,相对带宽从32.0%提高至67.8%。通过前后比可以看出,天线具有良好的定向性能,可以满足人脑探测活动的需求。

小型化超宽带蝶形印刷对数周期天线

设计了一款用于微波医学成像系统的小型化超宽带蝶形印刷对数周期天线。在馈电线开端加载电感短柱改善了天线的阻抗匹配,在传统印刷对数周期天线上加载蝶形结构和U型贴片结构拓展了天线带宽并实现了小型化。天线尺寸为0.300λ×0.280λ×0.007λ(f=1.12 GHz),天线S_(11)<-10 dB的实测工作频带为1.12 GHz~4 GHz,最大实测增益达到6 dBi。天线的实测方向图在工作频带内实现了定向辐射,辐射效果好,该天线可以应用于微波脑检测系统等医学领域。

一种低驻波宽角波束超宽带双锥线阵列天线研制

设计和制作了一种实现宽角波束扫描的1×3超宽带双锥线极化阵列天线,可以应用于无人机上实现空地宽带通信。由于无人机平台安装尺寸受限,通过用椭球形阵子代替传统锥形阵子,并切割椭球振子外部轮廓使其安装在250 mm×130 mm×90 mm的空间内,实现了低剖面、小型化等特点。仿真结果表明,该阵列天线在0.8~2.4 GHz的频带范围内电压驻波比均小于2.5,在±45°波束扫描范围内的4个波束的最低增益均超过了2 dBi,满足实际的应用需求。

一种超宽带双陷波可穿戴天线设计

基于牛仔布柔性材料,设计了一种小型化双陷波超宽带可穿戴天线。天线由牛仔布料基板、开槽单极子辐射贴片和缺陷地平面构成,具有超宽带特性,能覆盖3.1~10.6GHz的超宽带频段范围。通过在天线接地板刻蚀两条新型蜿蜒形槽和在单极子辐射贴片上添加对称枝节以实现双陷波特性。该天线结构紧凑,尺寸仅为24mm×28mm×0.84mm。仿真的-10dB天线工作带宽为143.7%(2.95~18GHz),并且天线在3.24~3.87GHz和5.11~5.91GHz频段内具有双陷波特性,能有效抑制全球微波互联接入系统(WiMAX)和无线局域网(WLAN)频段的干扰。此外,对天线的可弯曲性、辐射性能以及人体安全性能进行了分析。测试与仿真结果基本一致,表明该天线可用于可穿戴系统中。

使用石墨烯的超宽带轨道角动量螺旋天线设计

轨道角动量涡旋波束各个模态之间相互正交,可以很好地解决频谱资源紧张的问题。针对目前轨道角动量天线普遍存在带宽较窄的问题,设计了一种太赫兹频段的超宽带轨道角动量四臂螺旋天线。研究了馈电端口之间连续相位差与生成模态之间的关系,使用了一种石墨烯双环结构并通过调整优化天线的的结构尺寸来提高天线的性能。实验结果表明,通过简单调整馈电相位差,就能够产生模态数为0、1、2和3的涡旋波,并且不同模态下天线的增益均在7.5dBi以上。同时所设计的天线绝对带宽达到了8.85THz,在中心频率6THz处其相对带宽可以达到147%,S11为-50dB,与传统天线相比改善较大,为太赫兹频段的模态复用提供了一定的现实意义。

双频一体化超宽带探地雷达天线设计

针对目前探地雷达(Ground Penetrating Radar,GPR)产品单一频段工作所导致的耗时费力、效率低等缺点,文中设计实现了一种中心频率分别为400 MHz、1000 MHz且带宽为200~1500 MHz的双频一体化复合阵列天线,并将其应用于超宽带(Ultra-Wide Band,UWB)探地雷达系统中。阵列天线包含3个中心频率为400 MHz和6个中心频率为1000 MHz的蝶形天线,具备双频段同时探测能力,可实现一条测线含两种不同频段的探测结果,克服了传统探地雷达不同频率的重复探测问题,增强了探地雷达系统的实用性。所提出的双频一体化探地雷达天线具有超宽带、高增益、波束窄等特点,其相对带宽为153%,整个带宽内最高实现17.6 dBi峰值增益,半功率波束宽度最窄为7.6°,为高分辨率、高效率探地雷达应用提供了一种新的天线方案。

一种应用于5G毫米波的超宽带MIMO天线

设计了一种紧凑型超宽带(UWB)多输入多输出(MIMO)天线。该天线采用共面波导(CPW)馈电,可工作于C、Ku、K和Ka频段。天线采用平面几何结构设计,天线单元尺寸为14 mm×19 mm,结构紧凑,通过正交旋转形成4端口MIMO天线,加载十字形解耦器以增加隔离度,实现了良好的分集性能。MIMO天线的尺寸为40 mm×40 mm,工作频率为5~39 GHz,相对带宽约为154.5%,天线单元之间的隔离度<-19 dB,包络相关系数<0.05,分集增益>9.99 dB,测试和仿真结果一致。天线辐射性能良好且结构简单紧凑,可以很好地应用于5G毫米波无线通信系统中。

具有五陷波的超宽带天线设计

设计了一款具有五陷波特性的小型化超宽带天线,通过改变陷波结构参数和分析天线表面的电流分布,研究了陷波结构对超宽带及陷波特性的影响。天线尺寸仅为25 mm×20 mm×1 mm。辐射贴片由矩形和圆形贴片组成,背板通过切角挖槽实现了超宽带特性;添加对称钩型枝节,蚀刻U型槽及3类U型槽产生5个陷波。天线的工作带宽在3.8~16 GHz。有效抑制了国际卫星波段(4.5~4.8 GHz)、WLAN下行波段(5.15~5.35 GHz)、UNII-2c(5.47~5.725 GHz)、WLAN上行波段(5.725~5.825 GHz)、下行卫星系统频段(7.25~7.75 GHz)、上行卫星系统频段(7.9~8.4 GHz)、国际电信联盟频段(8.01~8.50 GHz)的干扰。天线在工作频带内具有全向性,增益平均在4 dBi以上。仿真和实测结果基本吻合,表明该天线可用于超宽带通信系统。

超宽带和差波束天线及其在无人机定位方面的应用

使用雷达可以进行大型目标的定位,但是对于无人机这种可以超低空飞行的小目标,使用雷达有一定困难。此外,无人机发射的信号可能跨了很宽的频带,因此定位用的天线需要是超宽带的,这同样对雷达有很高的要求。超宽带和差波束天线可以解决这些问题。和差波束天线定位依赖于和波束接收电平与差波束接收电平的差值,这通常是一个较大的值,所以和差波束天线不需要很高的增益但是分辨率很高。将和差波束与频谱分析的接收机接到一起之后组成双站系统,就可以进行无人机的定位,同时还可以确定无人机信号的频段。为了实现这个应用,设计了一个超宽带和差波束天线,该天线两个对数周期偶极子天线(LPDA)和馈电网络组成,可以覆盖1.45~5.95 GHz的带宽,零点深度低于-27 dB。

四元超宽带高隔离MIMO槽天线的设计

提出了一款基于FR4的共面波导(CPW)馈电四元超宽带(UWB)高隔离MIMO天线。该天线由4个单元槽天线组成,天线尺寸为65 mm×65 mm×0.8 mm。通过采用缺陷地结构和切角的方式实现了天线的超宽带特性。单元天线相互垂直放置实现了极化分集,同时在天线中间加载隔离栏栅结构,增加了天线的隔离度。对天线进行加工测试,测试结果能覆盖2.86~11.1 GHz并在频段内隔离度大于20 dB,天线具有高隔离、超宽带和较低的包络相关系数(ECC<0.006)的特点。天线采用(CPW)的馈电形式,更易应用于集成电路中,适用于各种超宽带系统。

小型化超宽带H面脊喇叭端射天线

超宽带天线技术是实现射频孔径综合的关键技术之一,适用于解决大型电子信息系统中采用多个天线带来的布局困难、互相干扰等问题。本文设计了一款具有端射特性的小型化超宽带H面脊喇叭天线。天线通过加载指数型脊结构,降低了矩形波导的截止频率,从而大幅展宽了天线工作带宽。同时,通过在喇叭口加载单曲面形介质透镜,改善了辐射口面上相位不均匀的问题,进而显著提高了天线的端射增益。该天线结构紧凑,其尺寸仅为0.57λ_(L)×0.45λ_(L)×0.11λ_(L),可覆盖0.8 GHz~18 GHz的超宽频带,且交叉极化优于30 dB。该天线剖面低、结构稳定、易于加工,可直接安装于金属结构上,易于与载体集成。通过与同类型端射天线相比可知,该天线在小型化和电性能两方面都具有优越性。

一种小型化超宽带单极子缝隙天线的设计

为了满足现代无线通信系统对小型超宽带天线的需求,提出了一种小型的超宽带单极子缝隙天线,天线印刷在0.4 mm厚的FR4介质基板上,尺寸为25.5×24 mm2。该天线的辐射单元为矩形辐射贴片,馈电线两侧有两个对称的C形寄生贴片,地面开有四个矩形凹槽和一个Φ形凹槽,辐射贴片与地面通过同轴馈线连接。利用HFSS2022软件对天线进行仿真优化,天线带宽为3~10.8 GHz,具有良好的带宽特性。

基于共面波导的超宽带环形天线设计

阐述设计的一种安装在PCB基板上的超宽带天线,采用共面波导馈电,通过加载一个环形辐射贴片,在馈线上切割一个插槽,以提高辐射特性。该天线用于物联网设备、超宽频段和部分x波段等。

基于模拟退火算法的超宽带天线优化设计

天线在无线通信系统中起着重要的作用,超宽带(UWB)天线更是天线设计中的一种重要方式。针对UWB天线,可以通过模拟退火算法对其进行优化设计,该算法在精度和收敛速度方面有着较高的优点,能够优化UWB天线的性能,有效地减小电磁干扰。仿真结果表明:在2.05 GHz处时,S11小于-10 dB;在3.45 GHz时,S11小于-25 dB,在此频带,入射功率将以大于90%的效率被天线进行发射。同时,UWB天线的带宽覆盖基本在2.00~3.50 GHz的频段中,结果基本符合覆盖频段的要求;在2.45 GHz的工作频带中,仿真的增益结果为6.62 dBi,在YZ轴平面增益效果良好。经过模拟退火算法优化后的UWB天线,入射功率有了较大的提升,且符合覆盖频段的要求,信号保真效果良好。

小型化多陷波新型超宽带天线设计与研究

提出了一种小型化新型多陷波超宽带(UWB)天线,陷波结构简单且紧凑,该天线体积仅为25 mm×18 mm×1 mm。天线由改进矩形辐射贴片和改进的半圆形接地板组成,天线的工作带宽为3.1~15.1 GHz。在辐射贴片上开U形窄缝隙和倒U形槽,实现了4.1~4.8 GHz频段和7.1~7.9 GHz频段的陷波特性,且在微带线上刻蚀U形窄缝隙,产生了5.4~5.9 GHz频段的陷波特性,通过优化测试表明,该天线能有效抑制INSAT波段(4.4~4.5 GHz)、国际卫星波段(4.5~4.8 GHz)波段、部分WLAN波段(5.725~5.825 GHz)以及X波段(7.25~7.75 GHz)多频段的窄带信号干扰。除陷波频段外,该天线具有良好的性能和全向辐射特性,适合应用于各类超宽带系统中。

基于冲击脉冲辐射天线的高功率超宽带电磁脉冲辐射系统

为给超宽带电磁脉冲效应机理与防护技术的研究提供实验平台,研制了一种基于冲击脉冲辐射天线(impulse radiation antenna,IRA)的高功率超宽带电磁脉冲辐射系统,辐射系统由差分脉冲高压源、锋化开关、IRA和介质透镜等部分构成。设计中,差分脉冲高压源由基于氢闸流管的脉冲源驱动副边中心抽头的脉冲变压器实现;设计的紧凑型锋化开关高度仅为1 cm,开关间隙为1 mm,可嵌入IRA天线馈电点,开关最高工作气压可达3 MPa;基于菲涅尔定理设计了介质透镜,以校正锋化开关和绝缘变压器油对IRA天线辐射中心的影响,改善了天线的辐射特性;辐射系统可通过改变锋化开关的气压和充电电压调节系统辐射功率。测试实验表明辐射系统的主要技术参数如下:在时域,在天线主轴距离口径面5.5 m处辐射电场脉冲上升沿约为330 ps,幅值约为±8 kV/m,远场有效电势最高可达44 kV,辐射功率可调;在频域,中心频率为400 MHz,基于能量范数比定义的信号频带为80 MHz~1GHz,信号带比约为12.5,百分比带宽为170.4%。辐射系统能够为开展超宽带电磁脉冲效应阈值规律及防护技术的研究提供一个辐射功率可调的试验平台。

一维卷积神经网络超宽带天线建模方法

为加快天线建模优化速度,提出了一种改进的一维卷积神经网络(1D-MCNN)模型。此一维神经网络的卷积核大小为2,将ReLU函数作为激活函数降低梯度弥散;利用Adam优化器与dropout技术结合,提高模型的特征学习能力和非线性函数逼近能力。本文使用1D-MCNN模型对超宽带微带单极子天线几何参数建模,以天线的8个几何参数作为特征输入,对天线的回波损耗值进行预测。实验表明,本文所提1D-MCNN模型与深层MLP网络模型、MLP网络模型、RBF神经网络模型相比,回波损耗值的平均误差分别减小了1.95%,120.27%,125.71%,拥有更高的准确度,预测能力更强,对优化超宽带天线建模可行且性能具有一定优越性。