可扩充阵列模块自动测试系统的研制

固态有源相控阵雷达阵列天线是由多个可扩充阵列模块组成,由于模块中天线单元之间存在阵列误差、各单元幅相不一致和互耦效应的影响,需要准确测量各单元幅相值,通过校准实现天线超低副瓣性能。针对基于T/R组件的有源可扩充阵列天线系统的特性,研制自动测试系统,采用了网口控制技术、天线开放场校准技术,解决了可扩充阵列模块多通道、多参数精确测试难题,实现了最大副瓣电平为-40dB的超低副瓣天线,提高了雷达抗干扰能力和小目标检测能力。     

一种带状线馈电的新型宽带印刷偶极子天线

本文在分析传统微带巴伦馈电印刷偶极子天线的基础上,对天线馈电形式及辐射振子结构进行了改进设计,通过将馈电网络设计为带状线形式,并采用两面对称的辐射振子结构,提出了一种带状线馈电的新型宽带印刷偶极子天线,这类天线具有较宽的阻抗带宽(驻波小于2的带宽可做到45%以上)。这种新型带状线馈电印刷偶极子天线的馈电网络适于与天线阵的馈电网络进行一体化设计,适合于用印刷电路技术大批量生产,是大型天线阵的一种理想的辐射单元形式。     

多频点高精度卫星导航接收天线设计

设计了一种层叠圆极化微带贴片天线,采用宽带功分网络形成四馈点馈电,实现右旋圆极化接收,工作带宽覆盖L波段内多个卫星导航频点,具有优良的方向图特性及轴比特性。利用Ansoft HFSS对天线模型进行了优化分析,制作了天线实物,对天线轴比进行了实测,结果表明天线设计达到了设计要求。     

L/ku双频双极化共口径天线设计

本文提出了一种新型的用于合成孔径雷达的L/Ku共口径天线单元,L频段单元为双极化的波导背腔十字开槽天线和Ku频段天线为单极化波导缝隙阵列天线。L频段腔体高度通过“倒T”型馈电减小,每一个十字开槽天线均通过一对差分探针馈电。Ku频段缝隙阵列透过同轴探针通过波导功分器馈电。通过L频段2×2阵列和Ku频段嵌套设计的实物加工和测试,实现了阻抗带宽（VSWR<2）分别为22%的L频段双极化天线单元和8.6%的Ku频段单极化波导缝隙阵列。该设计可以应用于大型共口径阵列。     

24 GHz平面宽波束阵列天线设计

为满足车载毫米波雷达系统在盲区探测、防撞预警等应用场景时宽视场角的需求,设计了一款平面宽波束微带阵列天线。采用平面微带天线作为基本辐射单元组成3元阵列,提高天线增益。阵列天线采用背馈式同轴馈电,通过特定的馈电网络,使天线三个阵元的馈电功率之比为05∶1∶05,提高天线增益的同时抑制副瓣电平。并在平面天线的基础上添加寄生单元和开槽结构,进一步拓宽了天线的波束宽度,改善了天线的阻抗匹配性能。天线使用三维电磁仿真软件HFSS仿真验证,仿真结果表明该天线可工作于224～258 GHz,E面和H面3 dB波束宽度分别为49°和81°,天线最大增益为94 dB,第1副瓣电平小于-20 dB。天线整体尺寸为175 mm×119 mm×1308 mm,便于平面化应用和设备的小型化,有一定参考应用价值。     

X波段宽带Vivaldi相控阵天线的设计

为了同时兼顾天线的带宽和尺寸,设计了一副工作在X波段的宽带雷达相控阵天线。由于只考虑雷达一维方向扫描,故采用线性阵列。阵列单元选用开口为指数型的渐变槽线天线,天线单元的尺寸为1.5λ×1.2λmm,阵列单元沿H面排列。仿真结果表明,该天线阵的工作带宽达到20%,增益达到16dB,辐射效率高于90%。分析了天线阵单元间的互耦效应,耦合强度小于-20dB,计算结果与仿真结果具有良好的一致性。     

圆环阵列的互耦效应分析

互耦效应是阵列天线中确实存在并且影响天线性能的因素,所以互耦效应是阵列天线的分析和设计中必须考虑的因素.本文较为全面地分析了互耦效应对圆环阵列波束赋形的影响,涉及阵列阻抗变化、单元辐射特性变化,以及对馈电网络的影响.为了确定互耦影响下阵列各单元上激励电流分布,本文提出了一种迭代算法.仿真计算结果表明,该迭代算法对圆环阵列是有效的.通过综合考虑互耦对天线阵的各种影响,得到圆环阵列中互耦效应对波束赋形的仿真结果.     

低剖面毫米波Butler网络的研究

针对低剖面毫米波多波束阵列天线的需求,设计了一种采用"空气-玻璃"低损耗带状线传输结构的四端口Butler多波束网络。为增强Butler网络端口间隔离度,Butler各端口信号线间设置金属结构,分别通过BGA和TGV实现该金属结构与"空气-玻璃"带状线的两层地平面的互连。仿真结果表明,"空气-玻璃"混合介质带状线高度为0.4 mm,所设计Butler网络在39.65~40.25 GHz的传输损耗为0.47 dB,端口幅度与相位输出差异分别为≤±0.5 dB和≤±6.5°,采用异构集成方法对阵列天线馈电,可实现阵列天线波束四重构。     

一种基于方向图重构机制的宽带宽视角相控阵天线

本文提出了一款风车形方向图可重构单元及其作为阵元的二维平面宽带宽视角扫描相控阵天线。所提出的单馈方向图可重构单元天线由辐射贴片、直流偏置电路以及宽带人工磁导体(Artificial Magnetic Conductor, AMC)反射面构成。其中,辐射贴片为馈电结构可重构的四个Vivaldi缝隙组成的风车形贴片,它能够通过改变PIN二极管的通断以实现宽带内四个端射方向上的波束切换。此外,将AMC反射面加载于辐射结构的后端,使得最大辐射方向由原来的端射方向调整为准端射方向,这样有利于单元天线组阵后的扫描波束能够覆盖到侧射方向。对该天线单元及其构建的8×8均匀平面相控阵天线进行了仿真与分析。仿真结果显示,所设计的阵列天线同时具备了宽带宽视角二维波束扫描性能,其在5.4 ~ 6.1 GHz的工作频带内可以实现±60°范围内的二维波束扫描。同时,阵列的增益波动小于4.3 dB,并且具有较低的旁瓣电平。     

局部放电检测用超高频天线的设计与性能对比

根据高压电力设备局部放电信号检测的需要,基于PCB技术设计并制作了四种不同原理和结构尺寸的超高频天线,仿真分析了其性能参数,检验所设计天线用于局部放电超高频检测法的可行性。利用矢量网络分析仪测试天线的端口特性,验证了天线的电压驻波比等参数。基于GTEM小室提供标准场,在不同工作频率下分别对四种天线样机的天线系数进行了标定,得到各天线系数的拟合公式与曲线。采用针-板放电模型作为局部放电源,基于脉冲电流法测量参考放电量,对所设计的天线进行了局部放电测试实验,采集天线接收到的局放信号波形。仿真和实验结果表明微带天线与缝隙天线工作带宽和增益较低;偶极子天线与螺旋天线在工作频带内损耗低、增益高、阻抗匹配效果较好,检测局部放电信号的效果良好。     

一种超宽带,低交叉极化,低剖面的相控阵天线单元设计

针对传统Vivaldi天线非主平面扫描时交叉极化恶化的问题,设计了一种可用于工程实际生产的超宽带天线单元对其进行优化。该天线单元利用沿辐射方向分布的尺寸渐变的金属片替代了传统Vivaldi天线指数渐变的槽线结构,工作频带约为7~16GHz,并显著改善了交叉极化。仿真结果表明,该天线在2.3倍带宽内匹配和辐射性能良好,与传统Vivaldi天线相比在D平面交叉极化优化约25dB,并具有剖面低,结构简单,易于实现等优点,可以作为宽带相控阵单元。     

P波段瞬态极化雷达射频系统研制及其性能测试

本文首先阐述了研制瞬态极化雷达的必要性,并介绍了瞬态极化雷达的探测原理。根据系统指标要求,论证和分析了系统的整体设计方案。通过理论研究和仿真分析,设计实现了低副瓣、高增益天线阵列。采用模块化设计的方案集成了完整的雷达电路系统,并对天线阵列和电路系统的性能进行了测试。结果表明,雷达射频系统性能达到或超过了设计指标要求,满足实验应用需求。     

宽频带的微带等角螺旋天线设计

为了实现宽频带天线指定方向的高性能辐射，设计了一种宽频带的微带等角螺旋天线。为实现阻抗匹配，天线馈电部分设计了一种指数渐变式微带巴伦结构。经过实物测试参数，结果表明加入了指数渐变巴伦结构后天线实现了良好的阻抗匹配并具有良好的宽频带特性，其工作带宽为1.74～4.82 GHz，回波损耗最低达- 30 dB。同时设计了一个平底型金属反射腔用于反射背向电磁波，在保持宽频带工作特性的同时，使天线具有了良好的单向辐射特性，天线在整个工作频段内的增益均大于6 dB，与传统的螺旋天线相比，具有宽频、定向、高增益的特点，具有一定应用前景。     

一种提高全向水平极化天线带宽的设计

设计了一种新型带微扰的宽带全向水平极化天线,通过天线正面的弧形偶极子的阶梯状边缘和背面的正方形微扰提升天线带宽.利用CST仿真得到最优的参数解,并制作实物进一步验证天线带宽.四对弧形偶极子组成一个圆环,每对弧形偶极子对应一个方向,并通过宽带巴伦均匀同相馈电,模拟载有均匀同相电流的圆环以实现全向水平极化.天线相对带宽50％(1.71～2.85GHz),并且在1.71～2.55GHz间拥有较高增益(2～4dBi).该天线结构简单、紧凑、低剖面,特别适合于室内基站建设.     

基于通信卫星的非对称圆环毫米波微带天线

针对毫米波微带天线的特点,设计了一种可用于通信卫星的天线.该天线在辐射贴片的顶部开了个渐变的缝隙并在天线体上方放置矩形槽形成耦合,从而达到展宽天线带宽的效果,在天线单元的基础上分析了该天线的阵列形式.采用基于时域有限积分算法的CST三维电磁仿真软件对该设计进行仿真,分析结果表明在设计的工作频带范围内,该天线具有较好的带宽范围和较高的增益,且结构小巧简单,具有较高实用价值.     

共面波导馈电的超宽带天线研究

设计了一种共面波导馈电的超宽带(UWB)天线,其阻抗带宽达到341%。所设计的天线印刷在尺寸为28mm×21mm×1.6mm,介电常数为2.65的聚四氟乙烯介质基板上。同时为了实现该天线与WLAN(5.725~5.825GHz)系统的协同工作,本文在共面波导的地面上刻蚀一个矩形槽,实现UWB与WLAN系统的兼容。利用高频结构仿真软件HFSS对影响天线性能的主要物理参数进行仿真、分析和优化,得到天线的优化尺寸。实验结果表明,该天线比传统微带贴片天线性能有了较大的提高,从而表明了利用共面波导馈电和刻蚀矩形槽的天线设计方法实现多种宽带通信系统兼容的可行性和有效性。     

基于液晶聚合物基片的柔性双频天线

设计了一种以液晶聚合物(LCP)为介质基板的柔性双频天线,该天线由带U型窄槽的圆形贴片组成,通过调节U型槽的位置及尺寸,实现了双频带的工作特性。为进一步改善天线的阻抗匹配特性,天线的馈线部分采用了渐变结构。该天线采用了共面波导的馈电方式,具有良好的共面性、易于与载体共形等优点。实测结果表明,当回波损耗小于-10 dB时,天线的阻抗带宽为1. 57 GHz^5. 52 GHz和6. 13 GHz^9. 97 GHz,适用于WLAN/WiMAX/5G/卫星通信系统。由于柔性材料具有可弯曲的特性,对天线的弯曲性能进行了分析,结果表明弯曲状态下天线的特性几乎不受影响,满足实际工程应用。     

高增益改进型短背射天线的研究

为提高天线的增益和带宽,对传统的短背射天线进行了改进,采用抛物面代替主反射面底部的平面,用水滴型的宽带振子作为馈源进行馈电,通过CST微波工作室仿真软件仿真调整天线的结构参数实现较高的增益和带宽。仿真结果表明,该天线在中心频率处增益可达到18.65dB,在3.0～3.8GHz范围内VSWR小于2。天线效率可达83%,根据仿真结果制作实物的测试结果与仿真结果基本吻合。     

L频段宽带GaN芯片高功率放大器设计

针对当前无线通信系统中射频功率放大器工作带宽窄、输出功率和附加效率低的缺点,本文基于 CREE 公司的 GaN 功率管设计了一款新型的 L 频段宽带大功率射频功率放大器。用源牵引和负载牵引技术测得工作频段内最佳输入输出阻抗,再通过集总参数元件与微带线结合的方法设计宽带匹配网络,并对放大器功率、效率以及谐波分量等指标进行测试。测试数据表明,当放大器工作在 L 频段300 MHz 带宽内(相对工作带宽为27.7%),输入功率为34 dBm的连续波(CW)时,其输出功率可达50.4 dBm(108 W),附加效率不低于48%,平坦度为±0.1 dB。因此,本文设计的 GaN 射频宽带功率放大器具有带宽宽、效率高、功率大的特点,具备应用价值。     

S波段宽频带微带正交模变换器

正交模变换器作为主要的馈电器件在天线的双极化馈电系统中起着重要的作用。本文结合天线的工作频带及馈电系统的尺寸限制,设计了微带结构S波段宽频带正交模变换器,采用宽带Marchand巴伦和功分器结构,在1.5:1的频带范围内实现了输入信号的功分和180°移相,测试结果表明,在2.6～3.95GHz频带范围内各端口的驻波比小于2.0,输出端口间的幅度不平度小于0.1dB,相位不平度为180±2°,插入损耗在0.5～0.6dB。此器件应用于双极化天线平衡馈电系统,对天线实现等幅反相馈电,取得了良好的效果。