一种应用于CPE的低剖面双频圆极化天线

针对客户终端设备(Customer Premise Equipment,CPE)的应用需求,设计了一种低剖面双频圆极化天线。在2.45 GHz,采用了4个偶极子单元阵列产生水平极化全向辐射,并采用内部接地圆环贴片结构产生垂直极化全向辐射。将两部分结构通过耦合器有效连接起来,从而产生了全向圆极化辐射特性。在5.8 GHz,采用了贴片结构产生了定向圆极化辐射特性。通过双工器将2个频段的结构合并起来,实现了低剖面双频圆极化天线。实测结果表明,天线在2个频段均有较好的圆极化辐射性能,验证了该天线设计的有效性。

金属网笼对雷击输电线辐射电磁场的屏蔽分析

针对金属网笼对雷击输电线辐射的电磁场的屏蔽性能的问题,通过对雷电回击过程的天线模型及金属网屏蔽效能的理论分析,利用雷电试验冲击平台(ICGS)模拟产生雷电注入输电线后辐射电磁波,进行金属网格屏蔽效能的实验。实验表明:对于433 MHz的模拟电磁信号,在模拟雷电流幅值小于17 k A时,金属网对雷电电磁信号的屏蔽效能为13 d B左右,此后屏蔽效能迅速下降,并于25 k A时降为0 d B;对于2.4 GHz的模拟雷电电磁信号,金属网笼对电磁波的屏蔽作用在雷电幅值达到22 k A之前,屏蔽效能维持在9 d B,随后迅速下降,并于27 k A时下降为0 d B;金属网笼的屏蔽效能不仅由外部电磁场的内向耦合决定还应考虑笼内部电磁场的多次折反射问题造成的电场、磁场值增强的问题。该研究对于使用金属网笼进行屏蔽具有一定的指导意义。

用于Ka波段卫星通信的双频段圆极化无源相控阵天线

针对Ka波段卫星通信在收发频段对圆极化切换和圆极化性能的需求,设计了一款用于Ka波段卫星通信的双频段圆极化无源相控阵天线。利用带约束条件的最大功率传输效率法(Method of Maximum Power Transmission Efficiency with Constraints, CMMPTE),通过引入测试接收天线,待设计的天线与之构成无线功率传输(Wireless Power Transmission, WPT)系统,以收发之间传输效率为优化目标函数,同时设置约束条件控制2个正交的场分量,获得发射天线的最优激励分布,在收发频段实现所需偏转方向的左右旋圆极化波束。该天线是一款收发共面的天线,整体尺寸仅为37.18 mm×37.18 mm×0.762 mm,在29.5~30 GHz的发射频段和19.7~20.2 GHz的接收频段内实现了圆极化可重构和波束扫描功能。仿真和实测结果表明,该天线在收发频段分别实现了左右旋波束的切换,圆极化波束在偏转60°时的轴比始终保持在3 dB以下,并且拥有极低的交叉极化电平。

边界微分方程及其应用

本文讨论二维Helmholtz方程外边值问题的求解,以较为严格的方式建立了更精准的新的边界微分方程.在贴体坐标系下,Helmholtz方程可转化为非齐次Bessel方程.将Bessel方程的一般解代入Sommerfeld辐射条件可以得到等价于原Helmholtz方程的积分-微分方程,再利用分部积分消去其中积分,即可建立高频问题的边界微分方程.文中通过若干算例对新得到的边界微分方程进行了数值验证.

双频段可穿戴手表天线研究

本文提出了一个加载金属环的双频带手表天线,尺寸为π×22~2(1519.7)mm^2。天线包括内部单极子状辐射结构和外部金属圆环两部分。天线通过将地板和辐射贴片与外围金属环耦合,实现了1.9 GHz移动通信系统(UMTS)频段的谐振,用于与体内设备通信。此外,通过引入椭圆地结构,并加载三根金属枝节,天线可以实现低UWB频段谐振(覆盖3.1-6 GHz),用于与体外设备通信。

一款圆-线极化变换天线罩的设计与应用

利用对称和反对称圆极化天线对构造了一种圆-线极化调制模块,并将其作为模块单元,设计了一种具有极化变换功能的天线罩。调制模块中的对称圆极化天线对实现同旋向圆极化变换,反对称圆极化天线对则实现异旋向圆极化变换。利用左、右旋向极化波合成线极化波,实现圆-线的转换功能。仿真与测量结果表明,天线罩在工作频段(中心频率5.8 GHz)具有较好的透波性能和极化变换性能,透射系数大于-3 dB,带宽达到900 MHz。该天线罩应用于天线的接收端,并设计了线极化接收天线进行实验验证。测量对比表明,天线罩可以有效增强接收信号的能力。

应用于5.8 GHz的可穿戴天线设计与实现

设计一种具有方向图分集特性的两单元可穿戴天线,其中的一单元为平面倒F天线,具有垂直于人体表面无明显衰减的方向图特性,另一单元为顶端单极子,具有平行于人体表面的水平全向方向图特性,两单元均能实现对5.8GHz ISM频段的覆盖.由于天线单元间距很小(约0.048λ@5.8GHz),会有一定的耦合产生,通过公共地面上的开槽处理,在保持天线尺寸不变的前提下,减少了天线单元间耦合.

基于AD8302的介质材料电磁参数测量系统设计

均匀介质样品放置在发射天线辐射近场区时,将会改变天线的输入阻抗。利用这种天线输入阻抗的变化,可以反演出介质材料的电磁参数。利用幅相检测芯片AD8302设计了一种工作频率在1. 1～2. 5 GHz的宽带介质材料参数测量系统,该系统主要由宽频带定向天线和宽频带射频电路组成。通过利用所设计的参考电路有效地解决系统存在的相位模糊问题。在1. 1～2. 5 GHz频段内,分别对2种已知电磁参数的不同介质样品进行了实测,测试结果表明所设计的测量系统使用简单、易实现、且具有较好的测量精度。

基于混合结构的多模圆极化智能天线

设计了一种适用于5G微基站的基于混合结构的智能天线,该混合天线由一个四端口的左旋圆极化全向共形天线和两个单端口的左旋圆极化全向天线构成,共有六个馈电端口,整体尺寸为π×0.395^(2)×1.65λ_(0)^(3)(λ_(0)为中心频率处的自由空间波长)。利用最大功率传输效率法(MMPTE)对六个端口添加不同幅值和相位的激励可实现全向圆极化模式和定向圆极化模式的转换。测试结果表明,该混合天线工作在全向模式时,最大实际增益和效率分别为6.4 dBic和92%,不圆度小于0.8 dB;工作在定向模式时,可实现水平面360°圆极化扫描,最大定向实际增益为8.2 dBic,轴比小于3 dB。

三端口宽带极化可重构紧耦合天线阵列

提出了一种三端口宽带极化可重构紧耦合天线阵列。该阵列单元由蝶形偶极子、阻抗变换器和巴伦组成,通过最大功率传输效率法(MMPTE)优化出天线三个端口的所需最优激励分布,从而实现天线在左旋圆极化(LHCP)和右旋圆极化(RHCP)以及在方位角平面任意角度线极化(LP)多种辐射模式之间的切换。最终优化得到的阵列的尺寸为π×60^(2)mm~2×30 mm(π×0.7^(2)×0.35λ_(0)^(3)=0.549λ_(0)^(3),其中λ_(0)为中心频率处的自由空间波长)。测试结果表明,该阵列在左右旋圆极化和线极化状态下的相对阻抗带宽(|S_(11)|<-10 dB)都为50.7%,且3 dB增益带宽基本能覆盖阻抗带宽。左右旋圆极化轴比小于3 dB,并且轴比带宽(AR<3 dB)可以覆盖整个阻抗带宽。在3.5 GHz处,阵列在各种极化状态下的最大实际增益均大于8.8 dBi。

基于传输线时域理论的同轴线中雷电波传播分析

针对雷电波在同轴线中传播特性的问题,通过对同轴线的暂态响应的理论分析,利用理论与试验相结合的方法,研究了同轴线对1.2/50μs雷电波的暂态响应.结果表明:线终端负载上的信号由所传输信号的频率成分以及波导终端阻抗性质决定;1.2/50μs雷电波信号频谱存在高于同轴线截止频率的成分,终端阻抗匹配情况下雷电波波头出现大量高次模成分;终端负载开路时,线终端信号的高次模是雷电波的入射波与反射波以及所激发的高次模之和;受雷电波频谱特征影响,雷电波激发出的高次模成分主要集中在波头部分;雷电波在线中传播的最终波形是各高次模分量之和,降低雷电波波头陡度可以减少高次模成分.在雷电过电压防护中应充分考虑到雷电波在线路中传播的畸变问题,这对于指导同轴线引入的过电压防护具有重要意义.

一款紧凑型超宽带MIMO天线设计

提出并设计一款使用相互垂直解耦结构的紧凑型超宽带MIMO天线.天线由4个耳朵型的平面单极子天线单元组成.在地板上延伸出的带有平行金属带的倒L型枝节,能够拓展天线的带宽,同时改善天线端口间的隔离度.仿真和测试的结果表明天线在3.1~10.6GHz的带宽内隔离度在-20dB以下.同时给出了天线的增益、效率、辐射方向图和相关系数.

手持终端波束成形天线阵列的优化设计

设计了一款适用于移动手持终端的低剖面波束成形天线阵列。该天线阵列由八个结构相同的倒F天线组成,可以工作在GSM1900(1880~1920 MHz)、LTE2300(2300~2400 MHz)和LTE2500(2540~2620 MHz)三个频段。通过功率传输效率最大化理论,可以优化出该阵列在所需方向上的最佳激励。通过馈电电路板给8个天线单元提供优化的激励,可以将天线波束偏转到所需方向,并且保证天线在该方向上获得最大可能增益。天线阵列工作在2.45 GHz时,在x、y、z方向上的增益分别为7.80、6.03和7.20 dBi;相应地,在1.9 GHz时分别为6.67、5.27和6.05 dBi。

基于鱼类活动电位功率频谱密度的水质监测方法

鱼类监测技术已普遍应用于水质监测预警体系中.在原有利用鱼的活动电位变化监测有毒物质方法的基础上,以鱼类活动电位的功率频谱密度测量取代原有的电压测量.通过分析鱼类活动所产生的电位与频率的对应关系,进而将鱼类活动电位细分为呼吸电位和游泳电位等.再将各类活动功率在鱼类运动总功率中所占比值的变化作为毒物投入后鱼类运动行为的变化判断标准.最后以青鳉鱼(Oryzias latipes)作为氰化物和杀螟硫磷的实验生物,进而检测鱼类监测系统的灵敏性和污染判定依据的准确性.

基于遗传算法的阵列天线波束能量定量控制技术

提出发射天线(如无线局域网天线、基站天线等)辐射强度随用户信号强度的变化而实时调整的技术.该技术基于遗传算法,将阵列天线波束能量定量控制问题转化为一个带有约束条件的极值问题.在算法的适应度函数设计中,通过自适应罚函数将发射阵列天线和接收天线间的能量传输效率与接收天线信号强度构成一个简单的极值函数,得到阵列天线的最优激励分布.高频电磁结构仿真软件(HFSS)的验证结果表明:阵列天线辐射的信号强度在接收天线处能达预期值.可见,该技术能实现对阵列天线波束能量的定量控制.

多波束阵列天线的稀疏化设计

讨论利用加权最大功率传输效率法(Weighted method of maximum power transmission efficiency,WMMPTE)实现多波束阵列天线的稀疏化,使得天线单元数目小于天线波束数数目。待设计天线与置于波束方向的测试天线形成无线功率传输系统,再利用WMMPTE优化可得到多波束阵列天线的最优激励分布。根据最优激励分布可进行阵列单元的稀疏化。通过工作频率为5.8 GHz的一维直线阵列和二维平面阵列为例介绍了稀疏化设计过程。模拟和实验表明,经WMMPTE优化后,利用3单元天线阵列可以实现4个波束、8单元天线阵列可以实现9个波束。

一种立体结构MIMO移动终端天线的设计

设计了1种工作在LTE1900、LTE2300、LTE2600频段的六单元MIMO移动终端天线。采用倒F天线作为天线单元,并将其弯折成三维结构覆盖于尺寸为10mm×10mm×3mm的FR4介质方块上。通过优化天线单元尺寸、地板结构和天线单元的位置,使得天线带宽为1.85~1.96GHz,2.3~2.7GHz(VSWR<2),并且实现了带宽内-10dB的隔离度。同时天线的增益大于1.5dB、辐射效率大于65%、相关系数远远小于0.5。

基于微波网络理论的L波段高增益阵列天线设计

基于微波网络理论,分别设计了4单元和16单元的两款L波段阵列天线,应用于气象探空仪的接收部分,使接收部分的天线平面化及小型化。应用微波网络散射矩阵理论将天线单元之间的耦合效应、每个天线单元的幅度和相位等因素进行综合考虑,得到高增益阵列天线馈电网络。所设计的阵列天线的仿真、测试特性一致,而且在1.68 GHz处,4单元和16单元阵列天线最大实测增益分别为10.4、15.6 d Bi。这两款阵列天线性能达到设计要求,可应用于气象探测领域。

用于移动终端的6单元MIMO天线系统设计

提出一款用于移动终端设备的6单元多输入多输出(MIMO)天线系统.该系统由6个3维立体倒F天线构成,天线实测的-6dB阻抗带宽为1.7～4.1GHz,可满足PCS1900,UMTS2100,LTE2300,LTE2500,DCS1800,2.4GHz的ISM频段,以及未来5G通信的LTE高频段等的需求.利用天线单元方向图的分集特性,无须使用特别设计的解耦结构就可使单元间耦合度在全频段低于-10dB.展示了天线单元间的相关系数、增益、方向图等性能.

一款高效微波聚焦热疗系统的设计

为了有效提高微波热疗系统的能量利用效率,改善肿瘤治疗效果,设计一款高效率微波聚焦热疗系统。该系统的辐射器采用36单元环形阵列天线,人体等效模型采用三层匹配介质加载,并利用天线聚焦算法实现辐射器能量在人体模型深部的靶向聚焦。仿真和实验结果表明,相比于单层人体匹配介质层加载的系统,该系统能量利用效率达到之前的3倍,既实现了体外微波能量的有效穿透,又保证了穿透到人体内部的电磁能量靶向聚焦,克服了一般微波热疗系统中由于散射和折射引起的电磁能量损耗问题。