基于石墨烯的频率可重构微带阵列天线设计

提出一款基于石墨烯开关的频率可重构平面微带阵列天线,该阵列天线单元为添加L型双枝节的矩形金属贴片,枝节和矩形贴片之间加载石墨烯。使用电压调控石墨烯表面阻抗,从而改变电流路径及有效长度,实现工作频率的可重构。首先,对天线单元进行了模拟仿真,结果表明该天线单元可实现1 GHz的频率可调范围,反射系数在4.2,5.2 GHz 2个工作频点处均低于-15 dB。其次,分析了天线单元的L型双枝节和金属贴片的关键参数对天线单元频移范围的影响,并设计了对应的并联微带馈电网络,将该天线单元组成4×4的微带阵列天线。然后对阵列天线进行仿真分析,结果表明,微带阵列天线最大辐射增益拓展至11.53 dBi。最后,根据设计天线进行了实物加工,并在微波暗室内进行了测试,测试结果表明:阵列天线实现了4.05 GHz和5.56 GHz的双频点可重构,最大辐射增益约为9.6 dBi,验证了天线的频率可重构性,证明了该天线在不同的工作频点均具有良好的辐射特性。

Aperture Coupled Microstrip Antenna for Dual-Band

This paper presents air gap aperture coupled microstrip antenna for dual-band operation over the frequency range of (2.9 to 6.0 GHz). This antenna differs from any other microstrip antenna with their feeding structure of the radiating patch element. Input signal couples to the radiating patch trough the aperture that exists on the ground plane of microstrip feed line. The dual-band achieved by variation of air gap [2 mm to 6 mm] between single patch antenna and aper-ture coupled microstrip antenna. The main advantage of this type antenna is increased the bandwidth of the antenna as compared to a single layered patch antenna. The two resonant frequencies can vary over a wide frequency range and the input impedance is easily matched for both frequencies. The obtain ratios of resonance frequencies are variable from 2.1 GHz to 1.1 GHz with increasing the air gap between single patch and aperture coupled microstrip antenna. The measured return loss [–14 dB] exhibits an impedance bandwidth of 35%. The input impedance and VSWR return loss have been measured with the help of Network analyzer.

一种双频四模极化可重构天线

极化可重构天线是一种极化状态可切换的新型天线,它具有减少系统中天线数量、利于频率复用等优点.本文基于模式可切换馈电网络,提出了一种具备两个工作频带(1 GHz和2.1 GHz)和四种极化状态(0°和90°线极化和左、右旋圆极化)的直流偏置电压数量较少的双宽带极化可重构微带天线.双频比可实现范围为1.7~3.5.本文详细介绍了双频可切换馈网和天线的设计过程.本文在分支线耦合器的基础上加载4个开路枝节和12个二极管,通过切换二极管状态使馈网输出信号幅度和相位可以在四种模式之间切换,从而满足四种极化状态的激励条件;并且基于参数分析,提出了调节双频比和提高轴比带宽的方法.天线方面,本文在双层L探针贴片天线的基础上设计了一种准同轴去耦结构和一种T形结匹配结构.仿真结果表明天线具有良好的双频双极化性能.最后,对馈电网络和天线的整体进行了仿真和加工实测.实测结果表明,该天线在0.94~1.07 GHz(13%)和1.99~2.27 GHz(12.6%)两个较宽的频带内仅用2个直流偏置电压(不包括地板电位)就实现了四种极化状态的切换,低、高频带内线极化状态的法向增益分别为7.6 dBi和7.3 dBi,圆极化的法向增益分别为6.3 dBic和5.9 dBic.本文设计的双频四极化可重构天线为RFID系统、WLAN系统和卫星导航系统提供了新的解决方案.

小型化超宽带叶型微带单极子天线设计

针对目前超宽带(UWB)微带单极子天线带宽较窄以及尺寸较大等缺点,文中提出一种基于共面波导(CPW)馈电的小型化超宽带微带单极子天线。该天线由叶型的辐射贴片(其上挖去3个圆形贴片)、梯形地板和环形三叉戟共面馈电组成,可实现1~18 GHz的超宽带频率覆盖。使用HFSS软件对天线的结构和尺寸进行分析,得出最终的天线尺寸仅为40 mm×75 mm×0.5 mm。利用矢量网络分析仪进行测试,结果表明,所设计的天线具有179%的相对带宽,在1~18 GHz的工作频段内阻抗匹配良好,并且具有良好的辐射性能;且该天线的工作频率能够实现L波段、S波段、C波段、X波段以及Ku波段的多个频率覆盖,具有超宽带的优良性能。

应用于多模卫星定位导航系统的宽带天线设计

文章提出了一种新型宽带圆极化微带天线的设计。该天线应用于当前4种卫星定位导航系统(GPS、GLONASS、Galileo、Compass),提高了卫星定位导航系统的定位精确性,并解决了单一系统覆盖空白的问题。采用天线和馈电网络分开的设计思路,使用电缆连接,消除了传统设计中馈电网络对辐射方向图的影响。天线部分采用矩形微带贴片结构,在辐射贴片四周对称位置开矩形缝隙,从而提高了微带天线的阻抗带宽;馈电部分采用四功分相移网络均匀馈电,大大改善了圆极化带宽和圆极化纯度。利用高频仿真软件HFSS进行仿真优化,仿真结果显示,其阻抗带宽达到了48.6%(S11<-10 dB),在工作频带内天线增益高于6 dB,圆极化性能良好,能够满足多模卫星定位导航系统的要求,具有良好的应用价值。

微带天线阵列的一种新颖馈电网络

微带天线阵列以其重量轻,体积小,成本低等优点在无线通信中有着广泛应用。提出了一种低损耗,高效率馈电网络的设计方法,并利用该馈电网络设计并加工了一个32单元Ku频段矩形贴片微带天线阵列,在中心频率处实现了23.36dBi的天线增益和80.6%的口径效率,显示了极高的工程实用价值。

微带天线阵的设计与实验教学研究

本文提出了在天线课程的实践教学中增加微带天线阵的设计性实验。该实验通过对天线阵的软件仿真、实物制作以及仪器测试,让学生掌握设计天线阵的思路和方法,同时增加创新性实验内容,鼓励学生自主研究。该实践教学方式较好地培养了学生的实践能力和工程应用能力。

馈电损耗及高辐射效率微带天线阵研究

根据串、并馈电微带天线阵列结构,建立了各自等效参数模型,定量分析了微带馈电网络功率损耗对微带天线阵列增益的影响,借助微带线和同轴电缆组成的低损耗混合馈电网络,采用串并馈电方式,完成了C波段4×24元高效率微带天线阵的设计。实测天线阵的各项指标均优于设计要求,其中阵列增益达到25.4 dB,实现了64.5%的辐射效率,较相同阵元数目的微带串馈列实测增益提高1.1 dB,与等效参数理论计算结果很好地吻合。

一种双频双圆极化层叠结构微带天线的设计

对一种新型的双频双圆极化微带贴片天线进行了研究,该天线可发射L波段的左旋圆极化信号,接收S波段的右旋圆极化信号。天线采用双馈点馈电的层叠结构,利用宽带功分移相器设计馈电网络,为双馈点提供双圆极化所需的激励电流。贴片和馈电网络上附加短截线,通过调整短截线的长度,即可微调谐振频率,使得天线的调试十分方便,又提高了天线的收发隔离度。该天线结构简单,调试方便,为便携式卫星通信机提供了一种实用的小型化收发天线。

平面结构阵列天线的仿真分析

由于各种微波射频系统对天线性能的要求越来越高,单个天线不易实现,而阵列天线通过对阵元数量、结构形态、排列方式、馈电幅度和相位的选择与优化,可得到单个天线元无法实现的辐射特性。以对微带天线的矩形贴片的分析为基础,完成Ku波段的4元线极化微带阵列天线设计。利用HFSS仿真软件构建阵列天线的物理模型,利用HFSS宏定义优化天线的尺寸参数,通过数据后处理得出驻波特性、3D增益、增益方向图和电场方向图等曲线。仿真结果表明,该4元微带阵列天线具有低副瓣、高增益特性,可满足天线工程需要。

一种提高交叉极化隔离度的16元微带阵列天线

在现代通信中,特别是卫星通信,有时需要比较高的交叉极化隔离度。对于传统的微带阵列天线来说,由于其馈电网络与阵元均处于同一侧,不仅会产生互耦,影响增益,并且交叉极化隔离度也不能满足广大用户的要求。在此提出一种新型的馈电结构,旨在提高其交叉极化隔离度。从仿真中可以看出,交叉极化隔离度能达到40 dB以上,为实现更大型微带阵列天线网络做出一定的理论实践和工程指导。

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。

一种平面微带阵列天线的仿真与分析

为了获得可应用于工程的具备理想特性的天线,在Ku波段设计了一种平面结构的微带阵列天线。在设计微带天线的辐射贴片结构基础上完成了馈电网络和八元阵列天线的设计,通过CST仿真软件构建阵列天线模型,并优化天线的尺寸参数,得到天线的S参数、驻波特性和增益方向图等特性。仿真结果表明,该微带阵列天线具有高增益和低副瓣特性,且方向性良好,具有较高的实用价值,可用于天线工程。

双波束询问机天线的设计

设计了一种新型的双波束询问机天线.对微带馈电网络进行了一体化设计,使馈电网络的接地板与阵列的反射面共用,构成了一个结构紧凑的天馈系统.研制出了性能优、成本低、重量轻的询问机天线.

一种微带缝隙阵列询问天线

介绍了一种单脉冲工作体制的微带缝隙阵列询问天线。设计了一副6单元的微带缝隙阵列天线,通过选择合适的天线单元、调整馈电网络的幅相特性,使得天线阵列在13%的工作带宽内驻波小于1.6,差方向图获得良好的对称性,差波束零深低于-30dB,且和差波束不存在穿刺现象。显示了其良好的工程应用价值。

新型左手传输线馈电微带阵列天线

提出了一种采用复合左右手传输线馈电的新型微带阵列天线.该天线利用左手传输线的相位超前特性来补偿传统的右手传输线所具有的相位滞后,从而保证了天线单元之间的同相位馈电,避免了因相位延迟导致的天线波束偏移,并进一步提高了天线的增益.仿真与实际测试证明:与同类型天线相比,该天线具有尺寸小、频带宽和馈电网络设计简单等优点,可在微波系统中实际使用.

应用于车载防撞雷达的圆极化微带天线阵列设计

提出了一种用于车载防撞雷达前端的圆极化微带天线阵列,该微带天线通过在圆形贴片上加载四个相互间夹角为90°的枝节实现了圆极化特性,通过微带串并混合的馈电网络进行馈电,同时采用泰勒综合法实现低副瓣的增益方向图。根据仿真结果加工了天线阵列并进行测试。结果显示:在23~25GHz的频带内,阵列端口驻波比小于1.8;在中心频率24GHz处的归一化方向图的副瓣电平小于-25dB,法向轴比值小于3dB。实测结果与仿真结果吻合良好。

一种新型SIW背腔缝隙天线的研究

介绍了一种新型基片集成波导背腔六边形缝隙线极化天线。背腔缝隙天线是一种技术成熟的天线类型,但是笨重的体积限制了传统金属腔体缝隙天线的发展。基于基片集成波导结构的背腔缝隙天线以其低损耗、高功率容量、高增益以及易集成等诸多优点而备受关注。文中设计了一款基于基片集成波导加开六边形缝隙的背腔天线,通过CST软件仿真,并制作了天线实物进行测试。天线的中心工作频率为10 GHz,增益为4. 87 dB,带宽为147 MHz。

24GHz边馈式微带天线阵的设计

为24 GHz车载防撞雷达收发前端设计并制作了一款高增益易集成的微带阵列天线。该天线阵采用改进的新型并联馈电网络,在满足各阵元激励等幅同相的基础上,减少了馈线损耗和各种杂散辐射,从而提高了天线增益与极化纯度,同时减小了天线尺寸。测试结果表明,所研制的4×8元微带天线阵带宽为24.0~24.2 GHz（电压驻波比VSWR〈1.4）,最大增益达19 dBi,其尺寸仅80 mm×36 mm。

一种双“L”形探针馈电宽带微带天线

提出一种S波段带状双"L"形探针馈电的宽带微带天线。提出的双"L"形探针采用倒置容性馈电结构,探针结构相同,水平臂均为带状,位置对称。通过基于左右手复合传输线理论的馈电网络向天线提供幅度相同、相位相差180°的激励信号。计算结果表明,设计的天线在S11<-15dB时,阻抗带宽可达到47.73%(1.80GHz^2.85GHz),E面主极化辐射方向图对称,H面交叉极化小于-40dB。