一种非谐振宽带高增益部分反射面天线

介绍一种非谐振的宽带高增益部分反射面天线。该天线由一个线-圆极化转换超表面、一个宽带耦合馈电天线和金属地组成。部分反射面和金属地板构成的腔体处于非谐振状态,通过旋转部分反射面上层的圆极化贴片对泄露的电磁波进行相位校正,可实现高增益和宽带圆极化的性能。仿真结果表明,天线3 dB轴比带宽和3 dB增益带宽分别为10.37～13.52 GHz(26.37%),11.21～12.99 GHz(14.71%),同时,天线在12.4 GHz实现20.23 dBic的峰值增益,口径效率为34.11%。     

一种新型宽带圆极化微带反射阵天线设计*

针对圆极化反射阵圆极化带宽窄的问题,结合微带天线的谐振特性和线极化反射阵展宽带宽的思想,提出了一种“工-环”形多谐振宽带圆极化反射阵单元,通过研究单元的电流分布对其实现宽带圆极化的原理进行了分析.采用改变单元旋转角度的方法设计了一副169个“工-环”形单元、中心频率为I0GHz的右旋圆极化反射阵,并对其进行了测试:3dB轴比带宽达到41％(8.1GHz-12.2GHz),天线效率最高达59.94％ (9.9GHz).实测结果与仿真结果一致,实现了反射阵天线的宽带圆极化和高效率.     

基于部分极化转换表面与部分反射表面的宽带高增益圆极化天线设计

该文介绍了一种具有部分极化转换与部分反射功能的超表面结构,并将其应用到具有宽带高增益性能的圆极化法布里-珀罗(Fabry-Perot, F-P)谐振腔天线设计中。所设计的超表面在反射地板存在时能够表现出反射型部分极化转换功能从而用于F-P天线的圆极化源设计,而当反射地板被移除时其具有部分反射功能因而能够作为F-P天线的部分反射表面。通过在部分极化转换表面上方放置矩形贴片并加载寄生贴片与部分反射表面,辐射源贴片的线极化辐射能够被转变为高增益圆极化辐射,并且天线的阻抗带宽与轴比带宽均得到加强。所设计的天线经过仿真、加工与测试,测试结果表明其阻抗与轴比带宽分别为6.8～8.4 GHz (21.3%)和6.8～8.3 GHz (19.9%),峰值增益达10.5 dBi。     

Ku波段宽带高增益基片集成腔圆极化阵列天线北大核心CSCD

提出了一款应用于Ku波段的宽带高增益基片集成腔(Substrate Integrated Cavity,SIC)圆极化阵列天线。通过引入沿SIC口径面对角线放置的一对半月形寄生贴片和SIC底部馈电纵缝,使SIC中的TM_(211)和TM_(121)谐振模式幅值相等、相位相差90°,产生高增益圆极化辐射。同时,双寄生贴片还引入了一种背腔缝隙耦合振子圆极化辐射模式,扩宽了天线高增益圆极化辐射带宽。在此基础上,设计了一款2×2单元顺序旋转馈电的SIC圆极化阵列天线。阵列天线采用双层基片集成波导顺序相移馈电网络进行馈电,进一步增大了天线的圆极化带宽。综合考虑天线的-10 dB反射系数带宽、3 dB轴比带宽和3 dB增益带宽,测试结果表明,圆极化阵列天线的有效带宽为10.74-13.30 GHz(21.3%),在通带范围内最大增益为14.50 dBi。     

容性加载的宽带紧凑型圆极化超表面天线

针对当前超表面圆极化天线研究中存在的尺寸大、带宽与小尺寸无法兼顾等问题,提出了一种宽带紧凑型圆极化超表面天线。该天线采用跨层容性加载技术,通过在方形超表面结构上方加载跨层寄生贴片来引入跨层电容,从而降低谐振频点,实现超表面结构的小型化。同时,这种跨层容性加载超表面结构也具有极化相关特性,将其与45°斜耦合馈电缝隙结合,能够在小尺寸下实现具有宽带特性的圆极化超表面天线。测试结果表明,该天线在辐射口径为0.4λ₀×0.4λ₀的情况下,-10 dB阻抗带宽为39.56%(5.82~8.69 GHz);3 dB轴比带宽可达26.98%(6.54~8.58 GHz)。该天线具有圆极化辐射性能良好、宽带、小型化和低剖面等优点,为现代宽带无线通信系统天线的实现提供了一种技术选择。     

一种旋转馈电的圆极化微带阵列天线设计

为展宽微带天线的轴比带宽并提高增益,利用旋转馈电方法设计出一种小型化宽轴比高增益的圆极化微带阵列天线。天线由四个微带贴片单元和一个旋转馈电网络组成,每个贴片单元为引入半圆槽的切角矩形,且关于中心旋转对称;旋转馈电网络位于底层介质基板的表面,与四个贴片单元通过四个镀铜通孔相连。利用电磁仿真软件HFSS对天线的性能进行数值计算,阵列天线的-10 dB阻抗带宽为12.3%(4.71～5.33 GHz),3 dB轴比带宽为13.2%(4.67～5.33 GHz),峰值增益在5.2 GHz为9.02 dB。     

新型毫米波宽带圆极化微带天线阵列设计*

提出了一种基于H形缝隙耦合的毫米波方形切角圆极化微带天线单元,对影响其轴比特性的各参数进行了分析,并采用这种新型天线单元设计了4×4毫米波宽带圆极化微带天线阵列.仿真结果表明,该天线阵列阻抗带宽(S11＜-10dB)和轴比带宽(AR＜3dB)分别达到了25.9％(32.2 ～41.8GHz)和20.1％(32.6～ 39.9GHz),与传统圆极化微带天线阵列相比,分别提高9.7％和14.7％,天线阵列最大增益为19dB,在整个轴比带宽内,增益均大于15 dB,副瓣电平及交叉极化电平均较低.     

一种用于5G MIMO 系统的宽带高增益圆极化天线

为提升5G无线通信系统容量,设计了一款基于V 形缝隙耦合馈电的宽带高增益圆极化天线。该天线采用双层辐射贴片结构,拓展天线的阻抗带宽,并分别在辐射贴片和寄生贴片上刻蚀一对半径不等、位置正交的双圆形缝隙,有效改善了天线的圆极化特性。通过加载平板反射器提高天线的前后比,实现良好的定向辐射。实测结果表明,驻波比小于2的阻抗带宽为53.55% (2.27~3.93 GHz),在半功率波束宽度范围内轴比小于3 dB,轴比带宽为27.38%(2.9~3.82 GHz),在工作频带内实测的天线平均增益达到8.22 dBi。该天线适合作为5G多天线系统中的智能天线单元进行自适应波束赋形。     

基于超表面的低剖面高增益圆极化天线

提出了一种基于缝隙耦合超材料表面的低剖面圆极化高增益天线,该天线由一个超材料表面和一个微带缝隙天线紧贴着组成. 通过改变超表面切角的大小来产生圆极化波,同时还可以提高天线增益和拓宽阻抗带宽. 为了验证仿真结果,制作和测量了一个大小为1λ×1λ×0.067λ(在10 GHz处)的样本天线,仿真和测量结果显示出良好的一致性. 结果表明,在整个工作带宽内天线的增益均在7.5 dB以上,最大增益达到10.5 dB,比普通缝隙天线提高了5.3 dB,阻抗带宽(S₁₁ < ?10 dB)为27.4%,轴比带宽(AR < 3 dB)达到12.3%. 因此,该天线能同时满足低剖面、圆极化、高增益等多种性能的要求,可以应用于许多领域.     

一种高效率背腔微带振子阵列天线设计

针对卫星通信需求,设计了一种L/S波段宽带圆极化背腔印刷板微带振子阵列天线,由5个切边矩形微带贴片振子辐射单元组成,可实现左右旋双圆极化辐射,又可形成差波束信号用于跟踪。通过对矩形微带贴片、背腔大小以及布阵间距进行结构调整得到一种新型宽带圆极化天线。仿真结果表明,天线工作频段为1.3～2.4 GHz,在通带内轴比参数AR<2,绝对带宽达到1.1 GHz,相对带宽达到59.5%。实现宽带工作的同时,具有良好的圆极化特性。将其作为反射面天线的馈源,使天线具有很高的增益和效率。     

宽带圆极化犄角形缝隙天线设计

文章设计了一款宽带圆极化缝隙天线。该天线采用微带线激励犄角形缝隙,实现了宽带辐射特性。研究结果表明,该天线具有良好的阻抗匹配带宽和圆极化辐射性能,其阻抗带宽(S11<–10 d B)为24.8%(2.2~2.82 GHz),3-d B轴比带宽为29.2%(2.13~2.86 GHz)。     

基于超表面的宽带低剖面圆极化天线设计

设计并制备了一种基于超表面的宽带低剖面圆极化天线。该天线由上下两层构成,下层是传统的线极化缝隙微带天线,上层是由方形切角单元构成的超表面。分析了超表面将线极化波转换成圆极化波的工作原理,并对影响天线圆极化带宽的参数进行了优化。仿真结果表明:加载超表面后,不仅使天线辐射圆极化波,还扩展了天线的阻抗带宽,天线相对阻抗带宽达到17%,3 dB轴比带宽达到7.2%。为了验证设计的有效性,加工、测试了天线实物样品,并与仿真结果进行了对比。实测结果与仿真结果吻合较好,说明该天线具备宽带圆极化特性。最终天线整体尺寸仅为0.4λ×0.4λ×0.03λ,天线的剖面较低,非常有利于与载体共形的应用。     

宽带高增益圆极化天线

设计了一种宽带高增益圆极化天线。天线采用双同轴线激励以及威尔金森功分器和90°相位比较器的馈电网络形式实现了天线的宽带圆极化特性。该馈电网络形式能在较宽的频带范围内保持稳定的幅度和相位。通过在蝶形天线外围引入方形环,增加了天线的有效辐射面积,从而显著提高了天线的增益。测试结果显示,该圆极化天线VSWR<1.5的阻抗带宽达到63.6%,3 dB轴比带宽达到66.7%,且在1.1~1.6 GHz频段范围内,右旋圆极化增益＞9.4 dB。     

超宽频带圆极化微带天线阵列的设计

提出了一种多层结构的宽带圆极化辐射单元,该单元采用上下2个贴片切角和空气层的层叠结构,实现了天线的宽带圆极化和宽带匹配特性.在此基础上,利用圆极化天线阵的宽带馈电技术,设计了一种超宽频带四元组合圆极化微带天线阵.经过仿真计算,天线工作于C波段时,阻抗带宽和3 dB轴比带宽分别达到了41%(VSWR<2)和34%,其带宽对一般的圆极化微带天线有大幅度的增加.该超宽频带的圆极化天线在通信、雷达等领域的应用前景相当广阔.     

一种透射型线-圆极化转换超表面设计

提出了一种单对角线开缝的方形单元构成的透射型极化旋转超表面,并将其应用于宽带圆极化微带缝隙天线的设计中。采用等效电路法分析了超表面实现线-圆极化转换的工作机制,并对天线圆极化带宽的影响因素进行了参数扫描。仿真结果表明:加载超表面使线极化微带缝隙天线产生了圆极化辐射,同时扩展了天线的阻抗带宽。天线相对阻抗带宽达到了33.2%,3 d B轴比带宽达到了19.5%,在阻抗带宽内天线增益均高于6.8 d Bi,表明新型超表面结构具有良好的线-圆极化转换特性。     

一种新型宽带圆极化介质谐振器天线设计与实现*

设计了一种宽带圆极化介质谐振器天线,为一种鼠笼形的宽带一分四90毅相移功分微带馈电网络,采用缝隙耦合对介质谐振器顺序旋转耦合馈电。天线结构紧凑、加工简单,仿真和实测结果吻合良好,其阻抗带宽和低于3dB的轴比带宽重叠部分在1.09 GHz-1.83GHz、为50.7%。增益大于3dB 及轴比小于3dB 的波束宽度均达到90°。天线工作频率覆盖四大导航系统,包括中国的北斗系统、美国的GPS 系统、欧洲的伽利略(GALTLEO)系统和俄罗斯的格洛纳斯(GLONASS )系统的频段,天线可应用于全球卫星导航定位系统和无线宽带通信系统中。     

基于尺寸渐变超表面宽带高增益低剖面天线

设计了一种基于尺寸渐变超表面的宽带高增益低剖面天线,该天线由双层超表面和一层微带缝隙组合而成。双层超表面由分别印刷在2个介质板上的尺寸渐变六边形阵列贴片组成,贴片之间存在非等距间隙。超表面单元尺寸渐变设计能够使天线产生多个邻近的谐振点,从而展宽带宽。通过改变超表面天线尺寸结构,分析天线的宽带辐射特性。为获得最佳宽带性能,采用遗传算法优化天线几何参数。制作并测试了一款边长为43.3 mm,厚度为4.853 mm的样本天线用于验证仿真结果。实测结果显示,该天线-10 dB阻抗带宽达到了54%(3.99~6.93 GHz),最高增益达到12.05 dB,在4~6 GHz范围内增益保持在8 dB以上。该天线实现了宽频带、高增益、低剖面的特点,适用于宽带高速率无线通信的诸多领域。     

单馈点宽带圆极化交叉偶极子天线

基于传统交叉偶极子天线,设计了一款应用于全球定位系统(GPS)的宽带圆极化天线。该天线用一个50 Ω的同轴线给交叉偶极子馈电,通过一对四分之一空置印刷环使振子臂之间形成90°相位差以产生圆极化辐射。为了拓展阻抗带宽和轴比(AR)带宽,在耦合贴片上进行切角、开缝处理。Ansoft HFSS仿真结果显示,阻抗带宽(|S11|<-10 dB)为66.7%(1.141~2.283 GHz),3 dB轴比带宽为33.3%(1.347~1.885 GHz)。在工作频段内最大圆极化增益为8.2 dBi,圆极化特性良好,实现了带宽展宽的目的。     

一种新型宽带圆极化微带天线的设计

采用四层介质耦合馈电结构,设计了一种新型宽带圆极化微带天线.选择方形倒角贴片为辐射单元,采用开路微带线耦合馈电,附加一并联调谐枝节,不仅拓宽了阻抗匹配带宽,而且有效改善了天线的圆极化轴比特性.利用这样的圆极化单元,组成四元圆极化天线阵.经过计算和测试,天线工作于3.0GHz时,单元和天线阵的阻抗带宽分别达到了14.3%和31.3%(VSWR<2),3dB轴比带宽分别达到11.67%和29.87%.这种结构的圆极化天线阵在无线通信等领域应用前景广阔.     

一种透射型线-圆极化转换超表面的设计及应用

提出了一种单对角线开缝的方形单元构成的透射型极化旋转超表面,并将其应用于宽带圆极化微带缝隙天线的设计中。采用等效电路法分析了超表面实现线-圆极化转换的工作机制,并对天线圆极化带宽的影响因素进行了参数扫描。仿真结果表明:加载超表面使线极化微带缝隙天线产生了圆极化辐射;同时,扩展了天线的阻抗带宽。天线相对阻抗带宽达到了33.2%,3 dB轴比带宽达到了19.5%,在阻抗带宽内天线增益均高于6.8 dBi,证实了新型超表面结构具有良好的极化旋转特性。