基于可重构PRS的一维电子波束转向Fabry-Perot天线设计

设计了一种具有一维电子波束转向的新型Fabry-Perot(F-P)谐振腔天线。该天线由同轴探针馈电的方形微带贴片天线作为辐射源,并采用加载PIN二极管的可重构部分反射表面(Partially Reflective Surface,PRS)实现波束转向。所设计的可重构PRS由6×6个花瓣型单元组成,并均分为相等的两部分Part 1和Part 2,分别由两个控制信号独立控制,因此可以有选择地调节每部分PIN二极管的开关状态。所设计的天线具有三种不同的辐射模式。测量结果表明,天线主波束能够在+9°、0°、-9°三种离散状态下自由切换。所有状态下重叠的阻抗带宽(|S_(11)|<-10 dB)为5.5%(5.43~5.74 GHz),最大增益达到14.2 dBi。

双频低剖面Fabry-Perot天线的研究与设计

本文提出了一种基于超表面(MTS)的Fabry-Perot天线,实现了双频高增益情况下的低剖面特性。研究Fabry-Perot天线的谐振器模型,通过射线追踪法获得FP天线谐振时的相位条件。所研究的天线由两部分组成,双频微带天线作为馈源,提供2.4GHz和5.4GHz的辐射。MTS作为部分反射表面(PRS)调节反射幅度和相位,当PRS满足对应的谐振条件时,可以在2.4GHz提供11.8dB的峰值增益和0.068λ的剖面高度,在5.4GHz提供14dB的峰值增益和0.153λ的剖面高度。

基于超材料角反射面的高增益高效率双圆极化Fabry-Perot天线设计

基于射线跟踪模型,提出了一种超材料角反射面结构,实现了Fabry-Perot天线增益和口径效率的提升.首先对基于超材料角反射面的Fabry-Perot天线进行了理论推导和分析.然后,设计并分析了双圆极化馈源、基于超材料角反射面的Fabry-Perot天线及其性能.最后,对所提出的Fabry-Perot天线模型进行了制造和测试.结果表明,该天线的左圆极化增益和右圆极化增益分别为21.4 dBi和21.3 dBi.相比馈源天线,增益分别提高了16.4 dB和16.3 dB.与传统Fabry-Perot天线相比,所提出超材料角反射面同时充当了反射面和相位校正面,实现了对Fabry-Perot天线边缘电磁波的有效调控.所设计Fabry-Perot天线工作在2.8 GHz频段,具有高增益、高口径效率和低旁瓣的优点,满足了太阳射电望远镜F107指数观测的需求.

一款基于极化转换超表面的双频RCS缩减Fabry-Perot天线

雷达散射截面(radar cross section,RCS)是雷达探测技术、隐身和反隐身技术中表征目标可识别特性的重要参数.对隐身平台RCS的贡献来自平台上的天线,因此降低天线系统的RCS成为目前隐身技术中的一个关键技术课题,当前的解决方案在降低RCS的同时会影响天线的辐射性能.本文将极化转换超表面(polarization conversion metasurfaces,PCM)和法布里-珀罗(Fabry-Perot)谐振腔天线有效结合,设计了一款双频带RCS缩减和增益提升天线.结果表明,该天线在4〜9 GHz和12〜15 GHz两个频段的RCS最大降低了15 dBsm.此外,Fabry-Perot天线的增益相较馈源天线提高了7 dBi.说明提出的天线具有增益高、RCS低的特点,可为Fabry-Perot谐振腔天线的设计提供新颖的思路.

Fabry-Perot天线设计的系统方法

利用接收工作状态模型法,对法布里-珀罗(Fabry-Perot,FP)型微带天线进行了系统方法设计与研究,并用电磁场分布理论,从全新的角度解释了FP谐振天线可获得高方向性的原因。同时,设计了包括频率选择性表面、介电常数分别为10.2和4.4的不同类别的介质板在内的3种不同盖板,并将其应用在FP天线上。在此基础上,对FP天线的辐射性能、方向性系数和增益都进行了测算和对比分析,并同时计算了其口面利用效率。

基于多层介质覆盖层的高增益Fabry-Perot天线设计

提出一种由不同厚度和不同面积的多层介质板叠加制作多层介质覆盖层,代替传统单层介质覆盖层,提高Fabry-Perot(F–P)谐振腔天线增益和口径效率的设计方法。以工作频点5.8 GHz的F–P谐振腔天线设计为例,采用微带贴片天线作为馈源,由多层厚度分别为1 mm,1 mm和1.5 mm,直径分别为160 mm,130 mm和120 mm,相对介电常数为16的聚四氟乙烯介质板叠加制作该天线覆盖层。天线样品的测试结果与设计仿真结果吻合良好。与传统单层介质覆盖层相比,该多层介质覆盖层将工作频率5.8 GHz处天线增益由18.2 d Bi提高到19.1 d Bi,相应口径效率由70.02%增加到86.14%,天线|S_(11)|<-10 d B阻抗带宽和3 d B增益带宽略有提高,分别达到8.19%和11.90%。

全金属Fabry-Perot谐振腔天线

为实现远距离微波无线能量传输,发射天线应具有耐受大功率、高增益、低损耗和结构简单等优点。针对以上需求,文章设计了一款全金属结构的Fabry-Perot谐振腔天线。整个天线包含全金属腔体,波导馈口和双层金属栅格覆盖层。覆盖层的尺寸为3λ_(0)×3λ_(0),λ_(0)为对应的工作波长。每一层金属栅格都包含9×9个单元。所设计的双层覆盖层可以看作是一种电磁带隙结构,通过优化双层金属栅格单元的厚度和间距,实现了工作频段的宽带化,仿真结果表明其在9.72GHz~10.3GHz之间实现了插入损耗小于3dB的宽频带传输特性。通过电磁带隙结构对馈源辐射出来的微波进行幅度和相位的修正实现增益的提高,仿真结果表明:不加载双层覆盖层时该天线的增益为9.7dBi,加上覆盖层之后增益提高到了17.76dBi。为了验证上述设计和仿真,加工制作了一款全金属结构Fabry-Perot谐振腔天线,实测结果表明:该谐振腔天线在10GHz实现了17.31dBi的高增益,同时在9.51GHz~11.42GHz之间获得了回波损耗大于10dB的阻抗带宽。

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。

一种新型双频双圆极化复合微带天线设计

针对空间微波能量收集的应用场景,提出了一种微带线行波激励的双端口双频双圆极化复合微带天线。该天线由一个工作在低频段的微带圆环和一个工作在高频段的微带圆片复合而成,分别由两种不同的正交十字缝隙耦合馈电,采用微带线级联依次相差90°顺序旋转四馈电实现圆极化,通过对称性结构设计,分别从两个不同端口输入获得双圆极化性能。实验结果表明:在880~960 MHz和1.85~2.45 GHz频带内S11<−10 dB,阻抗相对带宽分别为8.7%和30%;在885~920 MHz和1.86~2.43 GHz频带内轴比小于3 dB,圆极化相对带宽分别为4%和29%;天线的方向性在工作频段内良好,在低频段增益达到5.4 dB,在高频段增益达到7.7 dB。该天线结构紧凑且加工简单,为双端口双频双圆极化天线的研究与设计提供了新思路。

智能反射面辅助的多天线通信系统鲁棒安全资源分配算法

为了解决蜂窝通信系统中因窃听者、障碍物阻挡和信道不确定性导致安全性低和传输质量差的问题,该文提出一种智能反射面(IRS)辅助的多天线通信系统鲁棒安全资源分配算法。首先,考虑合法用户的安全速率约束、最大发射功率约束和IRS相移约束,基于有界信道不确定性,建立了一个联合优化基站主动波束、IRS被动波束的鲁棒资源分配问题。然后,利用S-程序、连续凸近似、交替优化和罚函数等方法对含参数摄动的原非凸问题进行转换,得到可直接求解的确定性凸优化问题。最后,提出一种基于迭代的鲁棒能效最大化算法。仿真结果表明,该文算法具有较好的能效和较强的鲁棒性。

低频机械天线机理及其关键技术研究

依靠电荷或磁荷的机械运动产生电磁辐射的机械天线,因在资源勘探、对潜通信、水下通信和导航定位等领域具有极为广泛的应用前景,已成为通信、天线、材料、机械等领域的研究热点。独特的机械-电磁耦合激励方式,使得机械天线有望突破传统天线的物理尺寸限制,解决现有长波天线系统体积庞大、辐射效率低等问题,提高低频无线通信的灵活性和经济性。首先,介绍了机械天线的机械-电磁耦合机理,详细阐述了机械天线的分类、特性、研究方法和动态;然后,基于低频无线通信的现状,探讨了实现机械天线应用急需解决的关键问题与挑战;最后,介绍了该领域在提升磁电式机械天线灵活性和辐射能力等方面的关键技术进展。

无线光通信一对多发射天线研究进展

无线光通信是一种新兴的通信技术,具有高速、大容量和安全性好等优势。然而,传统的无线光通信系统存在着单对单通信模式限制,无法满足多用户同时通信的需求。无线光通信中光学天线起着发射和接收耦合光信号的作用,一对多点发射天线可以拓展无线光通信的应用。对国内外一点对多点光学天线的发展进行总结,介绍了一对多光学天线的基本原理。对目前现有的几种一对多光学天线设计方案进行讨论。最后对该领域的发展趋势和未来发展方向进行展望。

基于载体环境的宽带微带天线设计与分析

为确保航天环境下载体内的微带天线性能满足通信系统要求,采用多层和多模技术设计了单开槽WiFi频段的宽带微带天线,重点对载体及环境因素下宽带微带天线的性能进行仿真验证,同时分析了对天线性能的影响,并采用迭代补偿方法进行了性能修正。仿真分析结果表明:提出的迭代补偿方法对微带天线性能可以进行有效的校正;实物验证结果表明:载体内的微带天线性能稳定,满足工作频带要求。

基于HFSS的NFC天线研究与设计

针对NFC(near field communication)天线的交互效率不高,导致传输信号不稳定的问题,可以分析天线的参数与电路的结构,使天线性能达到最优。利用Ansoft HFSS(high frequency structure simulator)进行环形天线的建模与分析,讨论了天线的结构参数对天线性能的影响,分析了RLC电路对天线电感的影响,设计了串联匹配电路。对天线的带宽进行了优化,并对设计的耦合天线传输距离进行仿真,确定最佳耦合距离,提高天线的品质因数。结果表明:天线的回波损耗降低至-27.25 dB,最佳耦合距离为20 mm。

天线阵形变实时感知与调控方法研究

针对共形天线采用天线与平台结构功能一体化设计后,平台变形产生的天线阵精确感知问题,开展天线形变实时感知与调控方法研究。提出一种天线阵实时形变监测与补偿(或控制)系统的设计方法,包括搭建传感器网络以实现天线形变实时精确测量、天线阵形变重构、天线阵形变控制与性能补偿等一系列相关技术途径。

基于石墨烯片的频率可调太赫兹天线

本文设计了一种基于石墨烯片的频率可调太赫兹天线,采用了折叠缝隙结构并使用共面波导馈电方式,以更好地实现阻抗匹配.通过调控在缝隙之间添加的4个石墨烯片的电导率,改变缝隙天线的等效长度,使天线在两种不同工作模式下的谐振频率分别为230.5 GHz和270.5 GHz.除此之外,在天线下方加载了方形封闭谐振环(Closed-Ring Resonator,CRR)构成的超表面,并使其谐振频率与天线的谐振频率匹配,将z轴负方向的辐射进行反射,使天线在两种工作模式下的增益提高至5.41 dBi和7.63 dBi,与无反射结构时相比分别增长2.48 dBi和3.55 dBi.

超材料天线罩温度升高快速分析

随着电子系统的功率越来越高,必须考虑超材料天线罩中温度升高。由于超材料天线罩的复杂性,其温度升高分析难度更大。超材料天线罩的热分析涉及电磁场和温度场的多物理场的分析,对于电大尺寸的天线罩,模型复杂,计算时间很长。文中首先进行了系统的理论分析,然后给出了天线罩内部温度升高的快速方法,先后计算了单层超材料天线罩、夹层超材料天线罩的最大温度升高和温度升高分布,计算结果与实测及全波仿真符合较好,与全波分析相比计算时间大大缩短,速度提高数百倍。该方法物理概念清晰,快速简便,还能够迅速分析存在环境温度差情况下的超材料天线罩的温度升高分布,为大功率系统中的超材料天线罩设计提供有力的支撑。

超材料天线罩雷达散射截面特性分析

以超材料为代表的新技术迅速崛起,大大推进了天线罩的技术进步,与往常天线罩不同的是,超材料天线罩改进了天线系统的散射特性。多年来,人们注重于天线罩的传输特性而忽略了散射特性研究,一方面原因是控制天线罩的散射性能的需求不甚迫切,另一方面原因则是准确分析耗时费力,难度很大,特别是电大尺寸的天线罩的散射特性几乎无法精确计算。虽然高频光学近似在分析天线罩传输特性方面,精度较高,基本满足设计需求,但是在分析天线罩散射特性方面,偏差较大,很难满足设计需求。针对超材料天线罩雷达散射特性分析需求,文中首先分析比较了不同方法对于介质天线罩雷达散射截面(RCS)的计算结果的差别,分析了产生的原因,采用特征模型结合全波分析方法,计算了超材料天线罩散射特性,并与测试结果进行了比较,仿真和试验结果的包络符合较好,验证了在天线罩中采取吸收措施能明显降低其RCS,可供超材料天线罩设计师参考。

大型精密测量相控阵雷达天线座力学仿真应用研究

超大规模雷达天线座结构系统复杂,造价高、研制周期紧张,如何保证天线座结构设计一次成功,满足雷达结构技术要求是天线座研制的难题。文中结合工程研制,从天线座结构系统力学设计,计算模型建模原则、建模方法、轴承等关键部位连接处理、仿真模型简化与等效,有无斜梁结构方案仿真结果比较与选取,以及轨道平面度、辅助支撑力确定到最终结构优化进行了阐述,对大型雷达天线座结构设计具有一定的指导意义。

基于共享孔径技术的低RCS电磁超构表面天线设计

提出一种基于共享孔径技术设计低雷达散射截面(radar cross section,RCS)电磁超构表面天线的新方法.该方法首先设计具有低RCS性能的超构表面,然后借鉴共享孔径技术思想,将超构表面和传统天线的辐射结构直接共享口径紧密排列,得到新型低RCS天线结构,并结合电流分析和局部结构修正,优化天线的辐射性能,最终同时实现天线的良好辐射和宽带低RCS性能.为了阐明该方法,基于极化旋转机理设计了一款低RCS超构表面,采用共享孔径思想和电流分析,得到了一款宽带低RCS超构表面天线,详细分析了该天线的工作机理与性能.结果表明:设计的天线在保证较好辐射的同时,实现了超宽带RCS减缩,提出的设计方法摒弃了从天线到低RCS天线的传统设计思路,通过逆向思维,将散射的优化问题转化为辐射的优化问题,不仅实现了天线与超构表面的一体化设计,还显著地降低了低RCS天线优化设计的难度,加速了天线优化进程.