天线辐射功率及相关单位辨析——erp/eirp与dBd/dBi概念解析

在无线射频技术中,一般均会涉及到经过天线向空中辐射射频功率的问题。通常情况下有关功率的概念是简单而又清晰的,但是经过天线这一环节之后,情况变得有些复杂。人们常常将erp（等／有效辐射）功率与eirp（等／有效全向辐射）功率的物理意义混淆,并造成误解。 在天线的增益描述方面也存在相类似的情况,天线增益的单位有dBd与dBi,两者之间的含义差别,常混淆不清。本文将在模型定义的基础上,对天线的辐射功率及相关单位进行分析;详细讨论有关等效全向辐射功率eirp与等效辐射功率erp的概念与相互关系;在引入点源全向辐射天线、半波偶极子辐射天线及参考天线的概念后,详细讨论天线增益单位dBd与dBi定义的来历及其换算关系以达到明析物理概念。正确掌握与运用erp／eirp和dBd／dBi的概念,有助于为RFID读写器设计提供一个清晰的输出功率参照。     

卫星通信链路性能分析

针对卫星通信链路传输中对性能参数的分析存在系统误码率过大的问题,提出了一种卫星链路传播特性模型,并在传统正推法的基础上,运用一种新的链路预算方法--倒推法（Backward Pass Algorithm）。该方法通过反向推导、计算出系统载噪比、衰减余量来求得发射端的有效全向辐射功率（Effective Isotropic Radiated Power）值,根据不同情况对EIRP进行动态调整,可以更好地提高地面站的信号传输质量。仿真结果表明,实际情况中,该方法可对地区、天线仰角等不同条件影响下发射端的辐射功率进行优化,在满足系统误码率的同时,提高了系统功率利用率。     

有源相控阵天线远场测试系统设计

为解决某型有源相控阵天线辐射特性测试占机时间长、系统不稳定、交付能力不满足生产需求等问题,开展了有源相控阵天线辐射特性校准与测试技术研究。针对被测产品体积小、频段高、天线单元多以及交付数量大的特点,选择了较为合适的远场测试系统的设计方案。测试系统硬件构成复杂,包含微波暗室、接收转台、发射扫描架、测控单元、水冷系统等;测试软件涉及项目多,包含幅度相位校准、方向图测试、指向精度补偿测试、等效全向辐射功率（EIRP）测试、有源增益测试等。重点对微波暗室尺寸设计、高精密转台精度分析、幅度相位校准算法和波束指向误差补偿技术进行了详细论述,完成了该型有源相控阵天线远场测试系统的软、硬件设计。测试系统精度高、动态范围大、运行稳定。该设计方案具有较好的推广价值。     

基于等效面积法的UWB天线设计

探讨了应用于单极子天线设计的圆柱体近似方法。主要阐述了1种用等效面积法设计超宽带（UWB）天线的方法,并仿真设计了一款抛物闭合面曲面的UWB天线。与传统方法相比,大大降低设计费用和计算量,且易于工程实现。通过仿真的阻抗带宽和辐射方向图,发现该方法设计的天线在整个带宽内辐射方向图比较一致,且有较好的全向辐射特性。     

MMDS多路微波分配系统的设计

论文分析了MMDS多路微波分配系统的组成原理,介绍了MMDS的设计计算,如接收系统对输入信号的要求、有效全向辐射功率的确定、发射天线的选择等,对建台具有一定的参考意义。     

一种全向圆极化天线设计

提出了一种基于四臂螺旋结构的新型全向圆极化天线设计方法。通过调整螺旋结构的螺距和直径实现天线的全向圆极化辐射,应用具有移相功能的微带功分器实现螺旋线馈电。对天线的各设计参数进行了分析和优化设计,加工了天线样机,实测结果与计算结果基本一致,在2.05GHz～2.2GHz频率范围内具有良好的全向圆极化辐射特性。     

基于外场场强测量的短波天线辐射效率监测

针对短波天线辐射效率难以现场监测的问题,研究一种基于外场场强测量的短波天线辐射效率监测方法。该方法结合天线仿真与测量技术,通过域变换法解析介质半空间位型并矢格林函数,采用RWG矩量法(RWG-MoM)离散平面分层介质C类混合位电场积分方程（MPIE）,得到天线辐射功率的相对分布。测量天线外场场强,得到场点电磁功率面密度作为样本估计天线辐射功率,由辐射功率与输入功率的比值计算得到天线辐射效率。以短波双极天线为例,基于现有的飞艇场强测量平台,进行室外远场场强的测量,实验得到的归一化场强方向图与仿真结果吻合较好,通过该方法计算得到的天线辐射效率与公开文献一致性较好,实现了短波天线辐射效率的监测。     

基于空时块编码的飞行器全向无线通信分析

将空时块编码引入飞行器全向无线传输中,用于抑制传统飞行器全向通信中不同天线发送信号在空间中发生干涉的问题.从等效合成天线增益和适合的应用场景两方面对基于空时块编码的传输方案的性能进行分析和讨论.针对不同的传输场景进行了仿真评估.仿真结果表明:使用空时块编码的方案性能与天线数量和天线方向图有关;相比传统方案,采用空时块编码能够有效抑制信号在空间中的深衰减,降低通信链路中断概率,从而大幅改善飞行器全向通信能力.     

天线辐射功率的时空分布仿真

在涉及到天线的仿真中,天线辐射功率时空分布的计算和建模是一个关键问题,对仿真结果的逼真度有重要影响。对影响天线辐射功率分布的主要因素进行了分析,认为在现代高科技条件下,执行重要任务的各种天线往往要频繁的发射不同波长的信号,这时天线的最大增益是变化的,在分析和仿真辐射功率分布时应根据不同的发射频率实时求解最大增益。推导了天线发射不同波长信号时的最大增益求懈方法,然后归纳总结了对天线辐射功率的时空分布进行仿真的方法和步骤,并以一个示例来具体说明仿真过程。所论述的方法已应用到某型模拟训练器项目中,实际应用证明可行。     

基于罗兰C的全向磁天线技术研究

罗兰C全向磁天线体积小、信噪比高、不需接地的优点使得其成为国内接收机生产厂家研究的热点;文中详细介绍了罗兰C磁天线设计制作过程及其接收罗兰C信号的特点和特性,重点研究了全向磁天线的组合环路设计和全向磁天线原理样机的结构设计,给出了详细的设计步骤和测试结论;在原理样机的基础上,进行了电、磁天线实测罗兰C信号的对比分析试验,试验结果表明设计的磁天线接收信号强度和功率均高于电天线,且磁天线接收信号的信噪比要高于电天线.     

数字化相控阵天线测试方法及测试系统设计

伴随着雷达技术的飞速发展,数字化相控阵天线开始广泛运用于各种相控阵雷达当中;由于数字化相控阵天线的工作原理与传统模拟相控阵天线差异极大,测试方法也发生了根本性的改变,原有的基于普通微波仪表的天线测试系统无法再对数字化相控阵天线进行测试,必须设计新型的数字化相控阵天线测试系统;文章首先介绍了数字化相控阵天线自身的工作原理和测试方法,随后提出了新型数字化相控阵天线测试系统的具体软硬件设计方案,实际应用表明数字化相控阵天线测试系统可以满足各种数字化相控阵天线的测试要求。     

数字化相控阵天线远场测试系统设计

数字化相控阵天线广泛运用于各种相控阵雷达当中,针对数字化相控阵天线测试过程数据量大、耗时长、自动化程度不足的现状,提出了一种数字化相控阵天线远场测试系统设计方案,并进行了测试系统开发验证.系统采用六轴工业机器人、三轴扫描架、冷水机、矢量网络分析仪、功率放大器、电源等设备模块集成并布置于暗室中,测试软件系统采用模块化设计方法,利用多线程技术实现测试设备模块并行调用,实现多频点、多波位、多通道同步测试以及测试过程时序的优化.系统具备良好的维护性和拓展性,集成多样化的测试参数配置和显示界面接口,实际应用表明数字化相控阵天线测试系统能满足相控阵天线方向图测试的各项指标要求,和传统方案相比操作简单、自动化程度高,能较大程度地提高测试效率.     

射频仿真实验室阵列天线物理校准方法

结合射频仿真实验室建设的需要,针对射频仿真实验室阵列天线位置和姿态的物理校准进行了研究,提出了一种全新的物理校准方法.首先,建立了射频仿真实验室阵面坐标系,对球形阵面三元组阵列天线坐标进行了计算,并给出了阵列天线球面坐标的严密算法;其次,围绕物理校准流程,对全站仪的安装方式、观测方法、测试数据归算方法及阵列天线六自由度的调整方法进行了详细介绍;最后,以球形阵面半径为18m和30 m两个大型射频仿真实验室的物理校准结果为例,验证了该方法在精确位置计算方面的效果.本方法具有一定的创新性和工程应用价值,已在多个此类项目中得到成功应用.     

阵列天线的FEKO仿真分析

为在有限的硬件资源下,对复杂单元的大规模阵列天线进行有效分析,提出采用FEKO软件分析任意大规模阵列天线的有效方法. 首先应用FEKO进行相控阵分析,然后根据阵列天线的单元激励方向图(Active Element Pattern,AEP)进行阵列天线FEKO仿真分析. 实例表明,在普通硬件资源条件下,FEKO仿真分析可以在考虑单元互耦等实际因素的影响下,分析任意大规模阵列的方向图和端口特性等指标.     

时域天线阵的测试及其结果分析

将时域天线组成阵列是改善超宽带雷达技术性能一条行之有效的途径;研究时域天线阵辐射或接收的波形变换和畸变规律．是十分必要的;利用虚拟仪器技术,采用1．abView软件平台,使用模块化设计思想．实现一套慕于示波器和转台协调工作的时域天线阵自动测试系统的设计;通过对灭线阵测试结果进行分析,并与FDTD的仿真结果进行对比,得出关于时域天线阵有价值的结论。     

A linear antenna array failure correction using improved bat algorithm

The failure of antenna array elements causes disturbance in the sidelobe power level. In this article, an improved flexible approach that use bat algorithm is proposed and applied to solve the problem of antenna array failure by controlling only the amplitude excitation of array elements. An adaptive inertia weight approach is applied to the standard bat algorithm to improve the quality of the solution and the speed of convergence. The effectiveness of the proposed improved bat algorithm (IBA) is verified on different standard test functions. Numerical examples of element failure correction are presented to show the capability of this flexible approach in antenna array failure correction.     

有源相控阵天线测试通用平台设计与实现

有源相控阵天线在完成装配之后要进行功能和性能测试,整个过程繁琐、复杂,并且不同架构的天线有不同的测试方法,现阶段天线测试系统多属于定制化研制。针对不同架构天线,提出通用化、标准化的测试硬件和构件化、模块化的软件平台,并基于某型雷达天线做了应用验证。结果表明天线测试通用平台相比于传统测试平台,测试精度基本一致,系统集成速度提升69%,软件复用率提升50%,开发人员能够快速、准确集成天线测试系统,使用人员能够使用标准天线测试流程提升测试效率,对有源相控雷达的研制具有重要意义。     

A radio frequency and vibration energy harvesting antenna based on piezoelectric material

This article proposes a novel hybrid energy harvesting antenna that can be used to harvest radio frequency (RF) and vibration energy in ambience. A microstrip antenna is designed on the piezoelectric film with the material of polyvinylidene fluoride (PVDF). Due to the high dielectric constant of PVDF, the antenna size can be reduced efficiently. The shape of designed microstrip antenna is trapezoidal, the final antenna size is reduced to 50 mm × 30 mm × 0.2 mm. To improve the efficiency, the rectifier with matching network is optimized and the modes of the piezoelectric film are analyzed. The experimental results show that the frequency bandwidth of the antenna is 2.1 to 2.5 GHz. For a RF source at distance of 1 m away, with a 0.25 W EIRP 2.4 GHz transmitter, the output power of the antenna can reach 17.2 μW. While under 17 Hz vibration excitation, the output voltage and power can reach 1.44 V and 15.3 μW, respectively.     

Compact meandered RFID tag antenna with high read range for UHF band applications

In this work, a compact, long read range, and an efficient spiral loop structure coupled tag antenna is proposed for UHF‐RFID applications. Meandered line element is inductively coupled to spiral loop for matching its input impedance to Higgs‐4 chip. Equivalent circuit of antenna is extracted to analyze its working mechanism in the operating band. Experimental characterization validates the performance of proposed tag antenna in free space and on cardboard sheet in terms of read range, tag sensitivity, and differential radar cross section with an EIRP of 3.28 W. The measured radiation pattern of the tag is found to be omnidirectional in H plane and figure of eight in E plane. The tag's read range is measured on objects like fiber, wood, plastic, and glass in outdoor scenario to study its environment tolerance. The tag antenna has volumetric size of 1736 mm³ and read range of 13.6 m in US RFID band.