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。

顺序旋转子阵构建变极化单脉冲天线

基于电磁波极化合成理论,设计了一种Ka波段变极化单脉冲微带阵列天线.该天线可由多个顺序旋转的线极化子阵组成,通过改变各个子阵的激励相位实现极化捷变.仿真和实测结果表明,三子阵及四子阵的圆极化纯度较高,和波束波瓣宽度内交叉极化大于20dB,轴比小于3dB;差波束双峰不平度小于1dB,零值深度大于30dB.

新型顺序旋转四馈电圆极化叠层微带天线设计

提出了一种顺序旋转四馈电网络与微带贴片集成设计的新型圆极化天线。采用叠层微带结构展宽阻抗带宽并提高天线增益;将天线地板四周折叠,在减小横向尺寸的同时提高前后比。为了便于阻抗调谐,在下层激励贴片中心开圆形孔,改善阻抗匹配特性。馈电网络与激励贴片共面一体化设计,利用顺序旋转四馈技术展宽轴比带宽,获得对称的圆极化辐射性能。制作了天线实物并进行测量。试验结果表明,天线在884~969 MHz频段内S11<-10 dB,阻抗相对带宽9.3%;在895~946 MHz频段内顶点轴比小于3 dB,圆极化相对带宽5.6%;在设计的中心频率915 MHz处天线增益为8.3 dB。该天线结构紧凑、加工方便、性能优良,已成功应用于超高频RFID读写器终端。

顺序旋转圆极化相控阵的交叉极化抑制

针对大规模圆极化相控阵天线设计中交叉极化特性评估计算量大的问题,从阵列极化合成理论出发,提出一种简化的计算方法。推导出采用顺序旋转方法形成圆极化的阵列天线的寄生交叉极化阵因子公式,提出旋转相位差值矩阵这一参数,用于对顺序旋转形成交叉极化的机理进行直观的解释。对比分析线极化、椭圆极化单元按不同顺序旋转方式构成的阵列天线的交叉极化特性优劣,列出毫米波通信工程中宽角扫描相控阵天线的单元选型方案、极化合成布阵方式选型方案,为交叉极化抑制提供了设计参考。

单元极化特性对顺序旋转圆极化阵列性能的影响

本文对采用不同极化单元的顺序旋转阵列进行了研究。顺序旋转阵列可以采用线极化或圆极化贴片作为单元,且不同极化特性的单元对阵列性能有着不同的影响,这里分别利用线极化单元和圆极化单元顺序旋转组阵,构成2 &#215;2阵列,研究了两种阵列的带宽及增益等性能。结合理论分析与仿真结果,得出结论:两种阵列均能很好地展宽带宽,而采用线极化单元顺序旋转组阵的增益要比采用圆极化单元少将近3 dB,但是前者的增益带宽要更宽。最后研究了采用不同极化单元时顺序旋转阵列间距对阵列性能的影响,分析了最优间距的获取。

用于产生多模态OAM波束的紧凑型顺序旋转CUCAs

本文提出了一种用于X波段产生多模态轨道角动量(OAM)波束的紧凑型顺序旋转同心均匀圆阵列(CUCAs)。该阵列基于圆极化单元的顺序旋转在结构上提供连续的相位差来产生OAM波束可省略馈电网络中移相器的设计。此外,本文所提出的圆极化单元使阵列更加紧凑。仿真结果表明,该阵列可有效产生-1,-2模式的OAM波束,天线的阻抗带宽为11%(8.7-9.7GHz),两个OAM模式在阻抗带宽内均具有较高的纯度,-1和-2模式在整个阻抗带宽的平均模式纯度约为88%和85%。

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。

舰载跟踪设备自稳定建模坐标旋转变换顺序研究

在应用转换矩阵表示空间直角坐标系旋转过程的基础上,深入分析了直角坐标旋转变换的内在机理。针对当前舰载跟踪设备进行自稳定建模时只采用一种坐标旋转变换顺序的现状,提出了采用其它变换顺序的问题,并重点解决了绕空间任意直线作坐标旋转的难题。分析结果表明空间目标在船体摇摆后的甲板坐标系内的位置坐标仅与甲板坐标系相对大地坐标系的旋转角度有关,与自稳定建模的顺序无关。

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。

K波段宽带宽角低副瓣圆极化稀疏阵

文中提出了一种适用于K波段的低剖面宽带宽角低副瓣圆极化稀疏相控阵天线,该天线单元的辐射部分由带有寄生环形辐射器的圆形贴片和L形贴片组成。为了与四通道T/R组件集成设计,设计了跨层连接微带传输线,并引入单元旋转技术大幅拓宽了天线的轴比带宽。此外,在考虑T/R组件引入的阵元布局制约下,设计了多约束子阵级优化布阵算法,仅通过子阵位置的优化,设计了400单元规模的宽带宽角低副瓣稀疏阵。仿真结果表明,该稀疏阵在44.6%的稀疏率下的法向增益为30.46 dB,波束宽度小于4.5°,扫描±55°内副瓣电平低于-13.13 dB,适用于K波段卫星通信相控阵天线。

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%。

一种双圆极化阵列天线的设计

设计了一款缝隙耦合馈电的微带形式双圆极化相控阵天线。天线的结构采用单馈线的方式,同时实现了左旋圆极化辐射与右旋圆极化辐射,设计简单,适合在阵列中得到应用。同时,所设计的结构对称,能较好实现圆锥形扫描。阵列的组阵方式采用顺序旋转布阵,使得阵列的轴比降低。天线单元外围加金属化通孔,上方加载开口的金属圆环,以此来降低阵列中相邻单元之间的互耦,提高阵列扫描性能。设计的8×8阵列天线的尺寸为57 mm×57 mm,工作频段内,阵列的最大指向的最大增益值达到21.79 dBi,阵列轴比在-50°~50°的扫描范围内基本小于3 dB。

基于相位梯度的超宽带RCS减缩超表面设计

针对雷达散射截面(radar cross section,RCS)减缩带宽受限的问题,提出了一种具有超宽带RCS减缩性能的相位梯度超表面(phase gradient metasurfaces,PGMs)。宽带反射型PGMs单元由1个十字形和3个方形环组成,PGMs整体结构由4个一维PGMs子阵按照顺序旋转排布方式组成。一方面,一维PGMs子阵使垂直入射的电磁波发生异常反射,实现了超宽带RCS减缩;另一方面,顺序旋转排布方式使反射电磁波向四周均匀扩散且PGMs体现出极化不敏感特性。仿真与测试结果表明:与同等尺寸金属相比,所设计的PGMs在10.2~28.96 GHz频带内RCS减缩值超过10 dB,最大减缩可以达到34.66 dB,相对带宽达到了95.81%,比文献中1个十字形和两个方形环组成的PGMs结构的RCS减缩相对带宽提高了17.8%,这为飞机,舰船等隐身技术提供了新的设计和方法。

智能超表面辅助双小区NOMA系统下行低功耗传输方案研究

由于在频谱效率与功率效率方面的优势,智能超表面(Intelligent Reflecting Surface,IRS)和非正交多址接入(Non⁃Orthogonal Multiple Access,NOMA)被视为未来无线通信的两项关键技术,文中针对IRS与NOMA的融合系统展开研究。具体地,将IRS部署在两小区的边缘,用于提升小区边缘用户的传输性能,建立了IRS辅助两小区NOMA系统的下行传输功率最小化问题。为了求解建立的发射功耗最小化问题,推导了基站传输功率与IRS相移矩阵之间的关系,并将传输功率分配系数和相移矩阵的联合优化问题转化为单纯的相移优化问题。由于相移向量中每个元素需服从恒模约束,转换后的相移优化问题仍为非凸优化问题,提出了一种顺序相位旋转算法进一步求解相移优化问题。仿真结果表明,在相同的实验配置下,文中提出的下行传输方案在发射功耗方面的性能明显优于其他基准方案。

三角形栅格矩形径向线螺旋阵列天线的设计

为了提高矩形径向线螺旋阵列天线的极化和匹配性能,将顺序旋转相位技术应用于天线的设计中,提出了一种12单元三角形栅格矩形径向线螺旋阵列天线(子阵)。螺旋天线作为单元天线。设计结果表明:天线具有较高的口径效率和良好的匹配特性,能在一定频带内实现微波的圆极化定向辐射,将多个子阵组合就可以构成高增益的大型阵列。同时,通过对子阵的特殊设计,使其具有较高的功率容量,为高功率微波的定向辐射提供了新的技术手段。

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)。

一种新型布局的圆极化微带天线阵优化设计

提出了一款高增益低副瓣新型圆极化微带天线阵。单元天线采用叠层切角圆极化微带结构,通过八边形边界布局和顺序旋转交叠组阵技术,实现了天线阵方向性图的对称性和圆极化辐射性能的最优化;馈电网络采用威尔金森功分器和最大平坦式阻抗变换器实现不等功分宽带阻抗匹配,通过改进馈电方向寻求对称结构,简化了馈电网络的设计。制作了天线阵实物并进行了测量。测试结果表明:天线在3.2~4.6 GHz频段内S_(11)<-10 dB,阻抗相对带宽36%;在3.8~4.5 GHz频段内顶点轴比小于3 dB,圆极化相对带宽17%;在4~4.4 GHz频段内天线增益均在15 dB以上,最高增益达17 dB。

低剖面宽带圆极化天线阵列

基于双馈双线极化微带天线,结合威尔金森功分器、T形结功分器及顺序旋转馈电的优点,设计了一种新型低剖面宽带圆极化2×2天线阵列。把辐射贴片和馈电网络集成在同一介质层,有效地利用了介质空间,降低了天线的剖面,增加了天线的带宽。4个天线单元顺序旋转90°,利用一分四T形结功分器给4个单元等幅、相位依次相差90°馈电。根据Ansoft's HFSS仿真结果,制作了样机。样机实测结果和仿真结果吻合。实测结果表明,该天线阵驻波带宽可以达到27.78%,3-d B轴比带宽可以达到52%,最大增益为14.19 d B。