对基于高阻抗表面的低剖面天线设计研究

目前,天线在无线通信系统中起到至关重要的作用,利用天线系统实现对高阻抗表面EBG反射板的加载,可掌握EBG结构状态,明确其对天线辐射性能产生的影响。基于此,本文结合实际思考,首先基于高阻抗表面简要分析了低剖面天线的设计原理,其次阐述了高阻抗表面EBG结构的特性,最后提出了高阻抗表面的低剖面天线设计策略,以期对相关部门的工作有所帮助。

利用高阻抗表面缩减天线雷达截面的新方法

针对现有雷达截面(RCS)减缩技术会导致天线辐射性能退化,体积、重量和成本增加,减缩性能受安装精度影响而不稳定的缺点,提出了一种缩减天线RCS的新方法.将高阻抗表面(HIS)与天线制作于介质板的同一表面,使HIS的同相反射相位带隙的频率与天线工作频率重合,通过高阻抗表面与天线的散射场的对消来减小天线的雷达散射截面,从而实现对垂直照射的天线工作频带内的同极化威胁雷达波的隐身.实验结果表明:在天线工作频带内,其RCS得到了5.3dB以上的减缩,同时,带外RCS亦得到了有效的抑制,S11的-10dB并未展宽,天线间的互耦得到了有效抑制.

级联型高阻抗表面减缩双频天线雷达截面方法

针对双频天线的带内雷达散射截面(Radar Cross Section,RCS)减缩难题,提出一种高阻抗表面(High Impedance Surface,HIS)加载技术的隐身新途径:对应天线的两个工作频段,基于同相反射相位带隙,设计两种HIS结构,进行级联后加载到双频天线结构中,通过二者散射场的对消,实现入射波垂直照射下、天线两个工作频带内RCS的减缩.结果表明:加载级联HIS结构后,双频天线基本保持其原有辐射特性,同时,在两个工作频带内分别实现了5dB和15dB以上的减缩效果.

基于高阻抗表面材料电磁特性的矩形波导

基于高阻抗表面材料奇异的反射相位性质,以此高阻抗表面为一壁构建一矩形波导。将一偶极子天线置于波导中,采用时域有限差分(FDTD)数值模拟得到偶极子天线的回波损耗以及H面和E面的辐射方向图。研究结果表明:置于此波导中的偶极子天线的增益大大提高,而且体现出良好的辐射方向性;不同长度的偶极子天线的回波损耗及高阻抗表面的反射相位有助于确定矩形波导的工作波模频带;以高阻抗表面为壁构建的矩形波导,可以克服谐振条件对波导尺寸的限制。

一种新的基于谐振型高阻抗表面的微波吸波屏

依据电磁波传播规律和等效表面阻抗的计算方法，提出并设计了一种基于谐振型高阻抗表面的微波吸收屏。理论分析表明：当入射波频率介于2．95—4．15GHz时，未加载电耗层的谐振表面呈高阻抗特性，反射系数R=＋1；而在该谐振型高阻抗表面上加载一层极薄的且阻抗与自由空间相匹配的电耗层后，即可在该频率区间实现完美吸波，反射系数R〈-10dB的频宽约为700MHz，最大吸收峰值在3．55GHz。数值仿真结果与理论分析也比较吻合。所构建的吸波表面结构简单，而且拥有超薄（厚度仅为1．5mm）、超轻和较宽的吸波频带。

高阻抗表面的反射特性研究

利用高阻抗表面作偶极子天线反射基板,分析高阻抗表面的反射特性。与普通金属板使反射波与入射波相位相差180o比较,高阻抗表面能实现一定频带内的同相位反射。根据这一原理,设计低剖面偶极子天线,使天线的工作频率处于电磁带隙的谐振频率上,从而使高阻抗表面反射后的电磁波与天线的辐射波同相叠加,提高天线的辐射效率。利用HFSS仿真TE极化和TM极化下高阻抗表面反射相位随入射角的变化,结果表明:高阻抗表面在两种极化方式下呈现的相位反射不同。

高阻抗表面天线反射基板设计

研究了利用高阻抗表面改善偶极子天线的辐射性能。在确定合适的高阻抗表面单元数后,分析高阻抗表面反射板与天线间的距离对天线方向图和增益的影响,并提出改善天线驻波和增益的匹配方法:当高阻抗反射板与天线之间距离合适时,通过加载两个对称的贴片可以有效地改善高阻抗反射板与天线阻抗的失配问题。结果表明:高阻抗表面作为天线反射基板可以减小天线系统整体剖面轮廓,利于实现设备小型化。

高阻抗表面光子带隙结构过孔研究

高阻抗表面结构是一种典型的二维光子晶体结构,在微波领域有着广泛的应用前景。针对高阻抗表面光子带隙结构的过孔尺寸对其带隙频率的影响进行了研究,使用数值分析方法证明了金属化过孔的电感是不能忽略的。因此,通过在高阻抗表面的带隙频率计算公式中引入过孔电感的计算,完善了频率计算公式,利用修正后的公式可以对高阻抗表面结构进行精确设计。

基于高阻抗表面的小型化微带天线的特性分析

针对高介电常数的厚介质基片容易激励起表面波的这一缺点,采用高阻抗表面代替金属薄层作接地板的方法来抑制微带贴片天线中的表面波。详细地分析了天线介质基板厚度、EBG结构贴片尺寸和相邻EBG结构单元间隙对天线辐射特性的影响,通过改变参数令天线的工作频率落在高阻抗表面的表面波带隙中,从而抑制天线中的表面波。仿真结果表明,使用高阻抗表面作接地板可以使天线小型化,而且改善了天线的辐射特性有效的提高了天线方向图的前后辐射比。

基于高阻抗表面的螺旋天线设计

利用高阻抗表面的同相反射特性，将其加载到阿基米德螺旋天线背腔的边缘区域，从而改善了天线增益，实现低剖面设计。仿真结果显示，与传统背腔式螺旋天线相比，增益稳定性显著提高。在3~12 GHz的工作频段内，驻波比小于2，阻抗匹配良好，辐射方向图保持稳定。在约7.8 GHz的频带宽度内轴比小于3 dB，实现了较好的圆极化性能。

高阻抗表面对宽带蝶形天线辐射性能的改善

研究利用高阻抗表面改善宽带蝶形天线的辐射性能。通过对高阻抗表面的单元结构进行等效电路分析和全波电磁仿真分析,定量表征高阻抗表面的同相反射频带与其单元结构参数的关系。在此基础上,将优化设计的高阻抗表面加载到宽带蝶形天线中,并对加载前后的天线性能进行仿真分析和比较。结果表明:加载高阻抗表面后,蝶形天线方向图后瓣得到明显抑制,13%的相对带宽内天线增益提高了2.7dB。由于高阻抗表面的同相反射特性,加载时可紧贴于蝶形天线背面,整体结构简单紧凑。研究结果在探地雷达等宽带系统中具有很好的应用前景。

基于混合介质基板高阻抗表面的螺旋天线设计

针对平面螺旋天线要求重量轻、增益大的需求,采用了阿基米德螺旋天线加载高阻抗表面的低剖面方案。方案中设计了一种基板由两种介质材料混合的宽带高阻抗表面,解决了天线加载传统高阻抗表面在工作频段的高端增益下降的问题。仿真结果表明:与加载传统高阻抗表面的螺旋天线相比,加载混合介质基板高阻抗表面的螺旋天线在2 GHz^6 GHz的工作频段内,阻抗匹配和圆极化性能良好,实现了单向辐射和较高且单调平稳的增益。

加载高阻抗表面结构的超宽带陷波天线设计

本文设计了一种新型超宽带陷波天线.在超宽带微带单极子天线馈线两侧加载高阻抗表面单元,获得WiMAX频段陷波.在高阻抗表面单元上蚀刻阿基米德螺旋结构缝隙,使得单元尺寸比传统结构减小了55.2%.为了进一步在WLAN和WiMAX频段实现双陷波,将非对称的新型高阻抗表面单元加载至微带单极子天线馈线双侧.加工制作天线实物并进行测试,实测结果与仿真结果吻合良好,证明了该新型陷波单元的可行性.

高阻抗表面在天线阵隔离的研究

随着通讯技术的快速发展,作为微波通讯的重要组成元件——天线,它的小型化、易集成被提上了日程,但与之伴随的问题便是天线阵元间的互耦。本文利用CST软件模拟仿真高阻抗表面的电磁特性,发现在6GHz—7GHz频率范围内该结构有明显的表面波禁带。因此设计将该结构加载到天线阵元之间来降低阵元之间的互耦。仿真结果表明,加载该结构之后,阵元之间的隔离度降低了11.3d B,有效改善了天线性能。

基于高阻抗表面的低剖面天线设计

该文提出一种基于高阻抗反射表面(HIS)的宽带低剖面基站天线,天线采用平面微带偶极子天线结构进行设计,另外通过设计高阻抗反射单元,使其在设计频段内的反射相位在±90°内来代替传统的理想导体反射表面,可以有效降低天线的剖面高度,并通过制作天线实物进一步验证方法的正确性。实测结果表明,制作的低剖面天线在800-960 MHz频段内具有良好的频率响应。其中,驻波系数(VSWR)小于1.8,天线增益整个频带内在7 dB以上,整体剖面高度小于20 mm。

基于高阻抗表面的多频带Salisbury屏设计

为进一步提高传统Salisbury屏的吸波性能,本文提出了利用高阻抗表面在特定频率同相反射的特性,替代原有结构中的金属平板设计多频带Salisbury屏的方法.通过分析不同频率电磁波经高阻抗表面反射后空间电磁场的场强分布,说明可以通过共用Salisbury屏的损耗层,在高阻抗表面同相反射的特征频率附近引入新的吸收带.以不同尺寸方形周期结构的单频和双频高阻抗表面为例,从仿真和实验两个方面验证了多频带Salisbury屏设计的可行性,且实验和仿真结果十分符合.结果表明,多频带Salisbury屏基本保留了原有的吸波性能,同时又引入了新的吸收峰,吸收峰的位置和数量与高阻抗表面同相反射的频带位置和数目有关.与传统的Salisbury屏相比,在材料增加厚度不足1 mm的情况下,多频带Salisbury屏的设计使反射率小于-10 d B的吸波带宽由8.5 GHz增加到10.1 GHz,且实现了向长波方向的拓展,最低频率由7.5 GHz拓展到5.98 GHz.

高阻抗电磁表面对贴片天线性能的影响

研究了高阻抗表面对矩形贴片天线及贴片天线阵列性能的影响.结果表明:当高阻抗表面的金属盘与贴片天线形状相同、大小接近时,二者在天线的工作频率上发生谐振,可以大大增加天线的增益,本文中单贴片天线和双贴片天线阵列的增益分别增加了5.2 dB、4.5 dB.对于阵列天线,还可以利用高阻抗表面来抑制第一副瓣电平.理论模拟与实验结果基本一致.

高阻抗电磁表面及其在真空电子器件中的应用

近十年来,一种新型的高电磁阻抗表面得到迅速发展。这种高电磁阻抗表面实际上是一种新的电磁结构——光子带隙晶体结构。在频率禁带,这种结构的表面具有很高的电磁阻抗。利用这种特性,可以构建一种平面型行波管。这种行波管采用曲折线作互作用慢波电路。为了减小电磁波传输损耗,曲折线放置在高电磁阻抗表面上。本文对高电磁阻抗表面的特性和这种平面型行波管的工作原理进行了讨论。

贴片电感高阻抗平面天线的频率特性

高阻抗表面允许天线直接置于其表面且进行有效的发射,其表面通常由一定形状的周期性排列的导电元构成,在某些频段具有非常高的表面阻抗,处于此波段的电磁波不能在高阻抗表面传播,形成某些频段的能带带隙.高阻抗表面的电感通常认为是由于金属化孔的存在所致,作者在实验中用贴片电感代替金属化孔,同样观察到带隙的存在,进而测量了使用贴片电感制作的高阻抗表面的带隙结构,并分析了贴片电感与中心频率间的量值关系.

无源超高频抗金属标签天线设计方法综述

射频识别(RFID)技术的不断发展,对标签天线提出了更高的要求。普通标签天线直接应用于金属表面时,由于受到金属边界的影响,其性能会出现一定程度的下降。详细介绍了4种无源超高频抗金属标签天线的设计方法,包括调整天线与金属面的间距、采用吸波材料、引入高阻抗表面基板、采用平面倒F天线(PIFA)或微带天线结构,并分析了每种方法的优缺点及其对标签天线的阻抗匹配、带宽、尺寸、识别距离以及成本等方面的影响。微带贴片天线不仅具有低剖面、高方向性等优点,而且含有金属接地板,常用作抗金属标签天线的设计原型。在抗金属标签天线的设计与实际应用中,研究者可针对具体要求灵活运用这些设计方法。