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。

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。

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。

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.

面向海流反演的多普勒散射计天线转速优化方法

本文针对多普勒散射计天线转速过快或者过慢导致海流反演精度较低甚至无法进行海流反演的问题,提出了一种面向海流反演的天线转速优化方法。该方法以研究区域内被天线波束覆盖3次或者4次的目标海面数量为目标函数,以顺轨与交轨方向的波束足印连续性、空间分辨率要求作为约束条件,结合天线转速与天线扫描损耗的关系,建立了非线性约束下的多普勒散射计天线转速优化模型,利用优化得到的天线转速计算得到每个目标海面的观测方位向组合。利用海洋表面流实时分析数据,采用基于观测方位向优选的矢量流合成方法进行了海流反演实验。结果表明,在天线转速为20 r·min^(-1)时,不同研究区域内被雷达内、外波束足印覆盖到3次或者4次的目标海面数量占总目标海面数量的80%以上,反演得到的流速、流向标准差小于0.1 m·s^(-1)、20°,满足海洋工程应用对海流观测的精度需求。

偶极子对激发的宽带平面端射高增益天线

文中提出了一款单向辐射特性的微带缝隙结构双偶极子宽带天线。该天线由阶梯型缝隙结构、共面双偶极子和5组引向器构成。阶梯型缝隙结构用于改善阻抗匹配,拓展了天线的带宽;共面双偶极子改善了天线的辐射特性;引向器提高了天线的增益。仿真和实测表明,该天线的相对带宽为66.4%(5.78 GHz~11.53 GHz),带内前后比为15.7 dB~27.4 dB、增益为8.4 dBi~11.9 dBi,并且天线的交叉极化低、辐射方向图稳定。该天线的良好性能使其在无线通信和雷达领域的应用具有极强的吸引力。

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。

辐射零点可控的平面滤波贴片天线

为满足射频前端器件集成化和多功能化的需求,设计了一款适用于WLAN 5 GHz波段的辐射零点可控的平面滤波贴片天线。该天线以同轴探针馈电的微带贴片天线为原型,上表面是由融合共生带和矩形槽的金属辐射贴片,下表面试接地面。其中共生条带位于辐射贴片的宽边两侧,矩形槽蚀刻在辐射贴片上,位于同轴馈电点两侧。两种结构分别在通带的低频和高频处各引入一个辐射零点,天线实现了的滤波响应和良好的辐射特性,同时两个辐射零点的位置自由可控,提高了设计的灵活度。仿真与测试结果表明:滤波天线的中心频率为5.25 GHz,相对带宽为14%(4.89~5.62 GHz),两个辐射零点分别位于4.55和6.05 GHz处;工作通带内增益平缓,平均增益约为7 dBi,通带外抑制水平大于19 dBi,测试与仿真结果较为一致。该滤波天线的设计未引入额外的滤波器网络,节省了天线的整体尺寸,且剖面低、重量轻、结构紧凑,具有良好的滤波和辐射性能。

小型化低剖面全向滤波天线设计

设计了一个小型化全向微带滤波天线。天线由带通滤波器和微带天线组成,二者共用一个地平面以减小尺寸且采用缝隙耦合方式连接,带通滤波器蚀刻在微带贴片天线的馈线位置处,引入选频滤波功能,在输入馈线前端添加一个横向矩形贴片使整个系统达到良好的阻抗匹配。与传统的微带天线相比,所设计的滤波天线在不改变尺寸大小的基础上引入了选频滤波功能,在通带边缘体现出较高的选择性。仿真与测试结果表明,该滤波天线的阻抗带宽为2.31 GHz~2.56 GHz,且通带内增益平缓,平均增益约为2.1 dBi,在工作频段内呈全向辐射特性。

基于单天线航向测量的股道占用判别方法研究

随着北斗卫星系统的建设完成,以卫星导航为核心的车载化列车定位成为列车定位系统的发展方向。在这一背景下,精准判别列车股道占用成为确保列车高精度位置感知的必要前提,对避免冲突、支撑列车调度决策和保障列车安全具有重要的意义。针对传统的股道占用判别方法通常依赖于地面设备,易受到成本、复杂性和维护困难等因素制约的问题,研究利用低成本的单GNSS天线进行高精度的列车航向角测量。特别是在道岔咽喉区,计算单天线测量结果与数据库中列车航向的偏差,评估对不同股道的占用概率。为此,首先构建了载波相位星间差分与历元差分的双差分模型,消除了电离层、对流层、钟差、模糊度等一系列卫星定位误差源的影响;其次,通过扩展卡尔曼滤波估计相邻历元间列车的位移变化量,同时计算伪姿态坐标系下的列车航向;最后,基于航向角偏差进行列车的股道占用判别,并利用列车进出青藏线联通河站的实测数据对所提算法进行了验证,并结合轨道电子地图,判别列车占用正线/侧线不同股道的置信概率。实验结果表明:通过单天线解算列车航向角的误差均方根为0.111°,根据航向角偏差进行股道判别的模糊区距离减少了约50m,模糊区时间减少了约5s。仅通过单天线航向解算完成高精度的航向测量,并根据航向角偏差实现股道占用判别,可作为轨道占用的一种判别方式,具有一定的工程价值。

一种用于射频识别阅读器的双频宽带圆极化天线

该文设计了一种紧凑的用作射频识别(RFID)阅读器的双频宽带圆极化天线。天线由弯折处理的矩形贴片、L形贴片和三角形地板构成,通过微带线进行馈电。两个辐射贴片分别独立控制高低两个频段,其轴比带宽也可独立调整,三角形地板可以使横向电流和纵向电流发生变化,从而改变横向电流和纵向电流的比值大小,实现圆极化性能。天线尺寸为0.92λ_(0)×0.92λ_(0)×0.0064λ_(0)(λ_(0)为2.40 GHz时的自由空间波长)。测试结果表明在超高频(UHF)频段该天线实现了49%(0.77~1.27 GHz)的阻抗带宽和46%(0.84~1.34 GHz)的轴比带宽,在无线局域网(WLAN)频段实现了47.5%(1.54~2.50 GHz)的阻抗带宽和24.2%(1.96~2.50 GHz)的轴比带宽,可以完整覆盖UHF和WLAN两个频段,具有良好的辐射特性。与其他双频圆极化天线相比,该天线整体结构紧凑、设计简单、避免了使用复杂的馈电网络,且具有较宽的3 dB轴比带宽。