一种全透明宽带高增益离子液体透镜天线

基于5G美化移动基站和军用领域中光学/微波多模复合制导隐身等对天线光学透明和易伪装隐蔽的现实需求,本文设计了一种全透明宽带高增益离子液体天线。天线由离子液体,椭球透镜容器,锥形辐射引向器,以及带有透明导电膜的反射地板组成。首先,利用介质透镜上对频率的无选择性使得天线获得宽带特性。其次,通过使用低损耗离子液体和椭球透镜结构,使得液体介质透镜产生一个同相射线场,从而可以产生极强的方向性。最后,在液体介质周围加载一个锥形辐射引向器,使得辐射波束进一步集中,从而提高增益。此外,通过在天线的背面加载透明导电膜反射地板,进一步降低了后瓣,并且使整个天线呈现了光学全透明的效果。仿真和实验表明,天线工作在9.9 GHz~18 GHz(S11≤-10 dB)频带范围,最大实测增益可达12.1 dBi。天线在雷达探测、5G基站、电子对抗以及透明电子产品等领域中具有广泛的应用前景。

基于诱导磁的惠更斯超表面与毫米波透镜天线应用

超表面因强大的电磁操控能力,在现代无线通信及毫米波雷达等领域展现出巨大的应用潜力。在结构极简的超表面上实现尽可能丰富的电磁功能是工程界孜孜以求的目标。以诱导磁机制为出发点,对结构极简的惠更斯超表面进行了系统性研究,并对其在毫米波透镜天线中的潜在应用进行了全面综述。诱导磁机制能够利用单层印制电路板(Printed Circuit Board,PCB)基板的双层金属图案激发磁谐振,进而激发惠更斯谐振,在电磁波调控方面突破了传统频率选择表面的移相限制,并为在结构极简的超表面上实现高效的透射波操控铺平了道路。惠更斯超表面的潜在应用包括单极化、双极化、双频带、低剖面和透/反双功能超透镜天线设计。由于可以使用单层PCB基板制备,制备容易、成本低廉,基于诱导磁的惠更斯超表面对于未来天线工程有着重要的应用价值。

太赫兹多层平面透镜天线的分层制造技术研究

现代信息科技的飞速发展对雷达系统提出了更高的要求,太赫兹(THz)雷达凭借其特殊的电磁特性在航空航天军事应用方面有着广阔的应用前景。高增益天线作为雷达系统的关键组成部分,在太赫兹波段的研究正受到高度关注。当天线工作频段高达1.0THz左右时,适用于低频器件的常规加工方法往往难以满足设计需求,限制了其进一步应用。本文提出并设计了一种基于UV-LIGA工艺的太赫兹多层平面透镜天线的分层制造方法,为提高透镜区域厚度均匀性,在外缘添加了片内辅助阴极作为装配区,经验证,厚度均匀性提高了33.08%。开展阶梯式电流密度电铸试验,当电流密度按1.5A/dm2、2A/dm2、1.75A/dm2阶梯变化时得到的沉积层具有更低的结合强度和表面粗糙度。透镜天线经过电性能测试,其在0.79~1.03THz范围内取得了良好的增益效果,有望应用于航空航天机载平台以提高雷达系统的识别能力。

透镜天线在居民小区的应用探讨

如何实现优质的小区无线网络深度覆盖对于运营商而言,一直是个突出的挑战与困难。通过试点应用Luneburg透镜天线来解决此类问题。在多场景下进行对比试验,用以验证Luneburg透镜的覆盖性能,为运营商在当前网络环境下提供最新的现网实验数据,同时也为处理密集高层住宅小区的深度覆盖问题,提供了一个可能的解决方案。

介质透镜天线在西北交通干线4G组网方案研究及应用

受制于站址建设难度大和投资效益差等客观因素,交通干线4G无线网络覆盖“弱、盲”问题普遍存在。在地广人稀的西北地区,该问题尤为突出,急需一种新技术手段帮助运营商实现交通干线场景的低成本、高质量4G无线网络覆盖。本文通过理论分析及实际组网测试验证了介质透镜天线提升单站覆盖范围的有效性。采用介质透镜天线替换交通干线沿线站点的传统板状天线,可有效提升交通干线的4G无线网络覆盖。特定场景下,通过“隔站闭站”技术还可以在保证网络质量的同时减少站址密度,达到降本增效的目的。

基于Radnat透镜的Ku波段低成本相控阵天线设计

本文介绍了一种基于混合型Radant透镜天线体制的低成本相控阵雷达天线。该新型体制的低成本相控阵天线主要包含两部分:一个方位一维相扫天线和一个俯仰Radant透镜天线,通过前后位置级联的方式将两者连起来,构成两维扫描相控阵天线。其中,方位一维相扫天线通过T/R组件中的移相器完成方位面的相控扫描,它所辐射的垂直极化平面波,进入俯仰面Radant透镜型平行板传输线中以后,通过Radant透镜中块移相器的移相,产生俯仰面的天线口径相位梯度,完成俯仰面的天线相控扫描,最终获得两维相控阵扫描性能。仿真结果显示基于Radant透镜天线的低成本相控阵天线可以实现±30˚扫描性能。In this paper, A low-cost phased array (LPA) antenna based on Radant lens antenna is presented. The proposed LPA mainly consists of two parts: an azimuth one-dimensional phase scanning antenna and an elevation Radant lens antenna, which are connected by the cascading way of the front and back positions to form a two-dimensional scanning phased array antenna. Among them, the azimuth one-dimensional phase scanning antenna realizes the beam scanning performance of the azimuth plane by changing the phases of the phase shifter in the T/R module. The vertically polarized plane wave radiated by it enters the Radant lens on the elevation plane, and generates the antenna aperture phase gradient on the elevation surface through the phase shift of the block phase shifter in the Radant lens, finally, completing beam scanning performance on the elevation plane. Simulation results show that the LPA antenna based on Radant lens antenna can achieve ±30˚ scanning performance.

一种宽带高增益太赫兹透镜天线及其组阵设计

给出了一种宽带高增益的太赫兹介质透镜天线的设计方法,该太赫兹透镜的中心工作频率为220 GHz,工作带宽超过20 GHz,透镜外形为边长118 mm的方形。太赫兹透镜采用平凸透镜形式,透镜材料选用低损耗的氧化铝陶瓷,介质透镜前后表面带有阻抗匹配层,起到减小空气-介质交界面电磁波反射的作用。综合采用上述3种设计手段的太赫兹透镜天线实现了高增益和高效率。在太赫兹透镜天线容差分析的基础上,加工了太赫兹馈源网络和透镜样机,并进行了实物测试。实测太赫兹馈源网络的驻波、极化隔离度、天线增益和天线方向图均与仿真较为接近。进一步,将该阵列单元用于组阵以继续提高太赫兹天线增益,给出了周期组阵和非周期组阵2种布阵设计。计算结果表明,通过非周期组阵设计的透镜阵列天线,可以将栅瓣电平由-8.38 dB抑制到-13.69 dB。

基于超表面透镜天线的小麦含水量微波检测系统设计

控制小麦含水量在安全范围内对小麦品质安全具有重要意义,而对小麦含水量的高精度快速检测是决定控制过程实施的关键因素。提出了一种基于超表面透镜天线的小麦含水量微波检测系统,能够对小麦含水量实现高精度、无损和非接触检测。该系统测量不同含水量小麦在23.5~24.5 GHz的衰减变化特性,通过与标准干燥法测得的小麦实际含水量建立线性回归方程(决定系数R^(2)=0.9946)作为小麦含水量的预测模型。选取72份小麦样本进行含水量预测,预测结果的均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)为0.193%,平均绝对误差(Mean Absolute Error,MAE)为0.16%,最大相对误差(Maximum Relative Error,MRE)为5.25%。结果表明,提出的基于超表面透镜天线的微波检测系统是检测小麦含水量的有效方法。

基于透镜多波束天线的测角方法设计研究

在侦察领域或通信领域,在特殊平台的载荷按照空间限制下,面对具备良好的定向波束覆盖、低截获率、高增益等要求,存在一些特殊的天线设计需求,如透镜多波束天线、相控阵天线等,其中相控阵天线应用较为广泛,相较相控阵天线,需设计透镜多波束天线的测角算法,解决波束对准问题,使得透镜多波束天线在通信、侦察领域广泛推广。文中结合比幅法,采用了直接与迭代法相结合的方式,介绍了多波束天线测角原理,给出了测角流程、测角算法设计、角度信息转换处理的详细步骤。

龙勃透镜天线的研究与应用

龙勃透镜天线具有高增益、垂直宽波束及波束间干扰小的特点,随着天线材料研发及独立波束电调技术取得进展,新一代龙勃透镜天线相比传统板状天线,在覆盖范围及波束控制方面有极大提升,广泛应用于各类场景;通过对国内外应用研究及在广覆盖场景、深度覆盖场景和高容量场景的站点进行透镜天线替换应用及测试验证等工作,证明透镜天线安装后覆盖改善效果显著,整体覆盖率和测试指标均有所提升,成为运营商降本增效的又一助手。

基于聚合物-陶瓷复合材料的异形龙伯透镜天线的研究及制造

针对目前龙伯透镜在工程应用中材料发展不成熟、质量大等问题,提出了一种质量小、性能优异的新型异形龙伯透镜天线。首先基于准保角变换法对低介电常数龙伯透镜进行压缩得到了一款高介电常数椭圆龙伯透镜,然后采用球形与椭球的特殊组合结构,得到了一款工作于X波段的高介电常数异形龙伯透镜天线。最后,利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)和钛酸锶(Sr TiO3)陶瓷粉体混合而成的聚合物-陶瓷复合材料制备了该透镜,将制备好的聚合物-陶瓷复合材料注入3D打印的模具中来说明异形龙伯透镜的制作过程。测试结果表明,所制作的透镜天线在8.5 GHz、10 GHz、12 GHz时的最大增益值分别为20.8 d Bi、22.4 d Bi、22.6 d Bi,旁瓣电平均低于-19 d B,方位面上3 d B波束宽度小于9.8°。所提出的异形龙伯透镜具有质量轻、材料制备过程简单、制作周期短且在低温下即可无缝成型的优良特点。

太赫兹透镜天线的进展研究

太赫兹天线是未来第六代移动通信(6G)的重要组成部分,其中太赫兹透镜天线因其高增益、稳定的辐射特性、低成本等优点,受到广泛关注。太赫兹透镜天线不存在馈源遮挡的问题,能够实现多种波束控制功能,其聚焦功能可应用于成像系统,也可在测试装置中起波束准直的作用。太赫兹制作工艺的进步使太赫兹透镜天线的加工精度更高、效果更好,也进一步促进太赫兹透镜天线的发展。本篇综述总结了近五年报道的太赫兹透镜天线,综合其功能、制作工艺、形态、应用场景等特点对它们进行介绍。

基于龙伯透镜天线的海面5G超远覆盖研究

结合茂名联通业务发展需求,联合中兴、京信等厂家利用新型龙伯透镜天线对比普通天线进行超远海面覆盖验证,成功商用全国首个900M+2.1G的5G海域超远覆盖双层网,并在海域进行了极限距离测试、验证。测试结果表明,900M的透镜天线覆盖49KM,比普通天线覆盖40KM提升18.37%。2.1G的透镜天线覆盖可达52KM,比普通天线覆盖45KM提升13.46%,并助力茂名联通通过物联网信号,基于“超级基站”提供的岸基子系统信号增强服务,及时监测渔船动态信息,同时用户通过wifi、移动网络访问APP及时了解船舶动态信息。

5G高铁覆盖透镜天线试点应用研究

高铁5G网络覆盖面临车体穿越损耗大、多普勒频移、业务切换频繁和基站间距大等诸多问题。透镜天线具有高增益、垂直波瓣宽、损耗小和天线效率高的特点。为有效解决高铁覆盖面临的问题,本文通过在高铁5G覆盖中试点应用透镜天线与普通板状天线,分析得出相同覆盖距离透镜天线覆盖更优,相同覆盖效果透镜天线覆盖更远,透镜天线相较板状天线可显著提升5G网络覆盖性能。

FDTD-PWS法用于分析毫米波透镜天线焦面场

提出一种新的节省计算空间的FDTD-PWS混合算法,并应用于透镜天线的焦面场分析.首先采用FDTD(Finite-Difference Time-Domain)求解得到聚焦透镜天线的口面场的幅度和相位分布,再通过PWS(Plane Wave Spectrum)外推至焦平面,求解得出焦面场分布.根据天线场分布的对称性,将PEC(Perfect Electric Conductor)和PMC(Perfect Magnetic Conduc-tor)边界应用于FDTD的仿真过程,使仿真模型缩减为原模型的1/4,进一步节省了计算空间.应用于毫米波聚焦透镜天线的焦面场仿真分析,并对其焦面场进行平面近场扫描测试,将仿真结果进行探头补偿后与实验数据作比较,证明该方法是精确和高效的.

等离子体有源透镜天线的特性分析

应用高功率微波大气传输机理和等离子体物理理论,提出了一种新概念天线等离子体有源透镜天线。简要概述了其实现方法,并对其反射、透射、吸收、工作带宽和最佳工作频率等特性参数进行了分析与计算。该天线根据需要可聚束HPM工作波,也可将外来入侵的HPM波聚束后发送回原处,可形成空间有源滤波等器件。

堆叠型太赫兹通信透镜天线设计

为了提高太赫兹通信天线的增益和定向性,提出了"井"字堆叠型透镜天线。该透镜天线工作在太赫兹第一大气传播窗口内,由初级馈源天线和透镜两部分构成。设计了角锥喇叭天线作为透镜天线的初级馈源;根据菲涅耳-基尔霍夫衍射理论和傍轴近似条件设计了"井"字堆叠型透镜用于聚焦太赫兹波,并分析了透镜结构在平面波入射时的聚焦场分布。利用控制变量法分析了透镜天线的全波周期和焦径比等结构参数对其远场辐射性能的影响。对所设计的透镜天线进行了实物加工和测试。实验结果表明:"井"字堆叠型透镜天线的加工和组装工艺简便,具有对称的辐射模式,在320~380GHz的工作频段内的增益高于26.4dB,3dB主瓣宽度低于4.8°,基本满足太赫兹通信系统对天线的高增益和强定向性等要求。

改进型COBRA透镜天线的设计

设计了X波段COBRA透镜型天线,利用电磁波在不同介质传播速度的差异,通过放置于圆锥喇叭口径处不同厚度的介质透镜改变TM01模不同扇区的相位,从而改变TM01模在普通喇叭口径处的轴对称分布,将轴对称的口径场分布转换为线对称,进而实现线极化或圆极化的轴向辐射。通过添加匹配介质,减小介质对微波的反射和驻波特性的影响;延伸喇叭到透镜边缘,使移相过程在波导内完成,有效地控制了电磁场模式。天线增益在中心工作频率为9.3 GHz时为19 dB,口径效率25%,辐射效率大于90%,反射系数小于1.3,轴比小于2 dB,3 dB相对带宽大于30%,几乎可以覆盖整个X波段。

聚焦透镜天线焦斑宽度估算

根据惠更斯-菲涅耳原理,通过简单的推导,得出聚焦透镜天线焦平面上焦斑宽度的近似计算公式,并讨论了与焦平面平行的平面上的焦斑场.为证明该方法的计算精度及效率,设计了一个Ka波段聚焦透镜天线,并加工了两个天线样品进行比较.对两天线进行了平面近场扫描测试,采用近似公式计算得到的Ka波段聚焦透镜天线半功率点宽度与实验数据接近,表明文中给出的公式有一定工程参考作用.

用于近程被动成像的3mm波准光介质透镜天线设计

针对近程焦平面被动阵成像系统应用,设计了3 mm波准光介质透镜天线。根据应用需求设计成像系统光路结构,并结合高斯准光理论得出光路设计参数;选择透镜表面为双凸非球面结构,利用光学分析软件ZEMAX优化设计透镜轮廓以减小成像像差;利用电磁仿真软件FEKO计算透镜天线近场分布,对设计进行验证与修正。测试结果表明,所设计的介质透镜在像平面上形成的聚焦波束3 d B尺寸仅为29.5 mm,偏轴时波束指向均匀性好,在700 mm(H)*1 800 mm(V)视场范围内波束功率电平值性改变量小于0.9 d B。