基于遗传算法的宽带高增益全介质透镜天线优化设计

提出一种基于多目标遗传算法的透镜天线优化方法,将透镜天线的增益和1-dB增益带宽作为优化目标,通过算法改变透镜的拓扑结构来实现优化. 设计了一款宽带、高增益的全介质透镜天线,并利用3D打印技术对透镜进行加工,降低了加工成本. 实测结果表明在6~18 GHz内馈源天线的增益提高了6.4~10 dB,在18 GHz该透镜天线增益达到了23.8 dBi,最大口径效率为51.9%,1-dB增益带宽为40%. 验证了该设计方法的有效性,同时也为透镜天线的优化设计提供了一种快捷、便利的方法.     

Ku、Ka频段龙伯透镜馈源阵列技术研究

针对卫星通信中龙伯透镜天线不同频段的馈源并排放置导致最大波束指向的偏移,无法实现多频段馈源上、下行跟踪同一颗卫星,提出了馈源阵列馈电的方法。通过辐射口面采用介质杆天线取代喇叭以改进馈源,此方法减小了馈源的阵间距,利于馈源组阵。结果表明:利用馈源组阵技术可以解决波束偏焦问题,实现多频段收发同一颗卫星的目的,同时也分析了阵列馈源馈电对天线增益和效率的影响。     

基于FSS 覆层的高增益稀疏阵列天线设计*

设计了一种基于FSS 覆层的高增益EBG 谐振天线。设计了一种在预定频段内谐振的FSS 单元,作为覆层加载到微带贴片天线上方。仿真结果显示,在5GHz 频点,加载覆层的天线增益为11.43dB。接着,还研究了FSS 覆层在稀疏阵列中的应用,在这个结构中,采用一个2×2 的阵元间距较大的天线阵作为馈源。对该结构进行加工和测试,结果显示天线阵增益为18. 54dB。同时,阵列在E 面和H 面的副瓣分别为-9.17dB 和-12.04dB,避免了栅瓣的产生。     

宽带平面聚焦超表面及高增益天线应用

针对现有的聚焦超表面存在介质层数多、带宽窄的问题,提出了一种基于双层介质的宽带聚焦超表面,该超表面包含两层正交的金属栅格和一层金属箭头贴片,以此实现极化旋转功能,可在较宽的频带内提高天线增益。在9～12 GHz的频带范围内,使用一个F形微带贴片天线作为馈源,验证了提出的平面透镜的宽带波束聚焦能力。仿真结果表明,当加入聚焦超表面后,天线增益在11 GHz处达到最大值18.4 dB,在工作带宽内馈源天线的增益提高了8.95～11.04 dB。由于结构简单、频带宽,设计的聚焦超表面在控制电磁波和设计高增益天线方面有很大的应用潜力。     

多层介质型太赫兹菲涅尔天线研究

基于菲涅尔波带片透镜的设计原理,设计了三款多层介质结构的菲涅尔波带片天线.该天线采用高增益的波纹喇叭天线提供馈电,工作频段为太赫兹通信第一大气窗口320～380GHz,回波损耗低于-15 dB,增益大于25 dBi.研究了菲涅尔波带片天线的周期数和子区数对天线性能的影响,结果表明随着周期和子区数的增加,增益也会不断的提高,而当波带片直径和喇叭口径面积相比拟时,电磁波损耗较大,并且谐振频率在太赫兹大气窗口内右移.     

一种高增益低旁瓣双贴片微带天线阵

设计了一种可工作于Ku波段的高增益、低剖面的准空气微带阵列.天线阵列整体采用分层的准空气微带结构,每个天线单元采用双贴片单元结构以提高天线增益、抑制交叉极化,最终提高了组阵的效率和增益.在阵列天线中采用台阶式分块馈电,有效地抑制了旁瓣电平.最后通过仿真计算设计并实际制作了64单元阵列天线,实验结果和仿真结果吻合良好,阻抗带宽达到17.54%,中心频率14.25 GHz时增益达到24.5曲,E面旁瓣低于-18 dB,H面旁瓣低于-12 dB.     

一种基于超表面的低剖面宽带透镜天线

提出一种新型的基于超表面的低剖面宽带高增益透镜天线,该透镜采用宽带的电偶极子天线作为馈源,设计中心频率工作在10 GHz.针对超表面透镜在不同位置的折射率的需求,同时提出了一种新型的非谐振超材料单元,该单元由三层介质板组成,中间一层是印有十字形带状线的双层印刷板.通过改变上下两层介质的介电常数,可以达到不同的折射率变化范围,从而实现透镜的中间层和阻抗匹配层对折射率的需求.所提出的透镜天线设计方法可以获得21 dBi的最高增益以及58%的-10 dB阻抗带宽.更重要的是所提出的具有高折射率的超材料单元可以实现只有0.32λ₀的透镜厚度,大大减小了透镜的剖面.最后进行了加工实验,对所提出的方法和仿真结果进行了验证,实验结果表明,透镜天线的实测带宽、方向图和增益都与仿真理论结果有较好的吻合度.     

基于光学变换的平面龙伯透镜天线

龙伯透镜天线具有高增益、低副瓣和宽带特性,可以实现多波束,进行大角度扫描等优点,主要应用于卫星通信、电子对抗等领域。但因其体积大、重量大和球形结构不易固定等缺点,在实际应用中受到很大的限制。本文基于光学变换原理设计了一种新型的全介质平面龙伯透镜天线,半径为60 mm,厚度为20 mm,在15 GHz时,天线增益为23 dB,半功率波束宽度为12°,第一副瓣电平低于-23 dB。同时设计了平面和圆弧馈源阵列,在70°范围内实现了较好的多波束覆盖。     

基于相位梯度超表面的高增益透镜天线设计

针对汽车雷达系统对长距离目标探测需求,完成了一款小尺寸、高增益的透镜天线设计。通过相位梯度超表面结构对透射电磁波的相位进行补偿,将馈源辐射的准球面波变换为准平面波,从而实现天线增益的显著提高。仿真结果表明设计的超表面结构对垂直入射的平面波具有良好的聚焦效果,透镜天线的平面尺寸仅为14.4 mm×14.4 mm,在77～81 GHz频率范围内天线的增益均大于17.5 dB,最大增益能够达到18.25 dB。与未加载超表面的天线相比,该天线的增益在工作频率范围内平均提高了约10 dB。与其他车载雷达天线相比,该天线尺寸更小,结构更加简单,能够更好地集成在车载雷达系统电路中。     

一种宽1dB增益带宽全介质Fresnel透镜天线

高增益和宽1dB增益带宽天线具有重要意义。文中提出一种E 波段全介质菲涅尔(Fresnel)波带透镜 天线,它包括一个菲涅尔波带透镜以及一个作为馈源的喇叭天线。透镜对电场进行操控,使穿过透镜的电磁波相位变 化满足需求,从而使透镜口径面处的电场分布更加均匀。与传统菲涅尔透镜的焦点电场相比,本透镜在焦点处的电场 值约提高了1. 6~3. 0 V,说明透镜的聚焦特性提高,从而实现更高的增益和带宽。该透镜天线的口径为72 mm,整体剖 面高度仅为52. 47 mm,焦径比为0. 66。透镜采用3D 打印技术进行加工,降低了加工成本。与传统菲涅尔透镜相比,实 测结果表明,该透镜天线在70 GHz 峰值增益达到了27. 5 dBi,1 dB 增益带宽34. 2% (63~89 GHz),占总带宽85. 53%。     

太赫兹开槽介质型菲涅尔天线设计

设计了一款工作在太赫兹频段的开槽介质型菲涅尔(Fresnel)透镜天线,该天线由馈电结构和透镜结构两部分组成。利用CST微波仿真软件,首先设计波纹喇叭馈电结构,其次基于波纹喇叭馈电结构设计开槽型菲涅尔透镜天线,分析全波周期、焦径比和子区等对天线性能的影响,通过横向和纵向对比,确定最佳天线参数。结果表明对天线性能影响从大到小分别为:焦径比、全波周期、子区。焦径比F/D=3、全波周期w=3、子区P=4为最佳天线参数,波纹喇叭馈电天线经过开槽介质型菲涅尔透镜天线聚焦后,天线的增益提升12.5 d B。     

基于介质透镜的太赫兹引信天线技术

介绍了太赫兹频段引信天线的优缺点与背景需求。为实现太赫兹频段引信天线工程应用,分析了介质透镜天线在太赫兹频段的工作原理及应用特点,采用H面喇叭嵌装介质透镜天线形成太赫兹频段引信天线,可以有效缩短H面喇叭天线的纵向尺寸。并利用透镜的偏焦技术形成不同波束倾角的引信天线,对不同波束倾角的太赫兹引信天线进行了仿真计算,仿真计算结果验证了该技术方案的可行性。     

超宽带平面天线阵列的微带馈电

设计、分析、制作了3种类型的4单元平面超宽带天线阵列,采用宽度按指数渐变的微带线网络馈电,馈电网络和天线单元设计在同一介质基板上,易于加工和集成.给出了天线单元、馈电网络各自的输入特性,并将其与整个阵列输入特性进行了比较.仿真和测量结果表明:这3种类型的天线阵在3.1～10.6 GHz绝大部分频段内的回波损耗小于-10 dB,最大不超过-8 dB,天线阵的增益在8～12 dB之间,远大于单元的增益.     

应用于24GHz物位雷达的微带阵列天线设计

为了提高24 GHz物位雷达系统的精度和抗干扰能力,设计并制作了一款高增益、低副瓣、易集成的微带阵列天线。为了抑制天线的副瓣电平,该天线各阵元间的电流采用同相不等幅分布设计;同时,采用两种不同馈线的单元和串并联混合馈电网络,降低了馈电网络的设计难度。实测结果表明,该阵列天线的带宽为690 MHz(23.77~24.46 GHz),最大增益达到20.1 dBi,E面和H面的副瓣电平分别为-20.7 dB和-19.3 dB。该阵列天线结构紧凑、可靠性高,可用于24 GHz物位雷达系统。     

定向超宽带平面天线阵列设计

设计了一种超宽带（ultra-wideband, UWB）定向平面天线二元阵列。两个圆形单极子天线单元通过T 型功分馈电网络组成二元阵。天线在-10dB 以下回波损耗从2.98～10.96GHz,绝对阻抗带宽为7.98GHz,倍频程为3.68。天线增益在3GHz,6GHz 和9GHz 时,分别为3.54dB,5.03dB 和5.67dB。天线最终尺寸为28.4×67 mm2, 厚度为1mm。有效 实现了方向图定向性,可用于远距离地面宽带通信系统。     

Ku波段双频正交极化微带阵列天线

设计了一种Ku波段双频正交极化256元微带阵列天线。该阵列天线的正交极化辐射通过共面微带线和背向探针分别进行激励,并结合阵列馈电网络的有效设计实现了宽频带、高隔离和高增益性能。仿真和实测结果表明,该阵列天线的垂直极化端口相对阻抗带宽（S11≤-10 dB）达到21.04%,覆盖频率范围10.7～13.33 GHz;水平极化端口相对阻抗带宽达到27.86%,覆盖频率范围12.4～16.37 GHz;两极化端口隔离度高于40 dB;工作带宽内天线增益达到28～30.1 dBi。     

Ka频段介质棒天线优化设计

作为毫米波成像系统焦平面阵列馈源的天线中,介质棒天线相对于传统波导、喇叭天线和渐变缝隙天线具有一些重要的优势。通过对介质棒天线的理论分析、仿真和实测,提出了一种新型结构的介质棒天线,研究了影响其特性的各种结构参数,对其进行了优化设计。该天线可通过增加长度而非横截面来提高天线增益,在较宽频带内具有较低的回波损耗,平稳的增益,较低的副瓣电平、互耦和交叉极化电平,易于排成紧密的馈源阵列,以更低的溢出损耗实现对透镜或反射面天线的有效照射。     

基于多层介质覆盖层的高增益Fabry-Perot天线设计

提出一种由不同厚度和不同面积的多层介质板叠加制作多层介质覆盖层,代替传统单层介质覆盖层,提高Fabry-Perot(F–P)谐振腔天线增益和口径效率的设计方法。以工作频点5.8 GHz的F–P谐振腔天线设计为例,采用微带贴片天线作为馈源,由多层厚度分别为1 mm,1 mm和1.5 mm,直径分别为160 mm,130 mm和120 mm,相对介电常数为16的聚四氟乙烯介质板叠加制作该天线覆盖层。天线样品的测试结果与设计仿真结果吻合良好。与传统单层介质覆盖层相比,该多层介质覆盖层将工作频率5.8 GHz处天线增益由18.2 dBi提高到19.1 dBi,相应口径效率由70.02%增加到86.14%,天线|S11|<-10 dB阻抗带宽和3 dB增益带宽略有提高,分别达到8.19%和11.90%。     

V频段圆柱龙伯透镜天线设计

设计并实现了一种V频段圆柱龙伯透镜天线.在平行平板波导间,根据龙伯透镜原理与介电常数等效原理,推导出了圆柱龙伯透镜天线的理论设计公式,并结合商业仿真软件高频结构仿真器(HFSS)仿真分析和优化,完成天线设计.仿真结果表明,该V频段圆柱龙伯透镜天线增益为21.4 dBi,波束宽度为1.56o,副瓣电平为-14.7 dB.根据设计结果,加工和测试验证V频段圆柱龙伯透镜天线的可实现性,实测结果表明,该天线增益为20.1 dBi,波束宽度为1.60o,副瓣电平为-11.1 dB,天线效率为45.7％,说明该天线具有一定的工程应用价值.     

0.3 THz紧凑型反射面天线

介绍了一部工作在0.3 THz的紧凑型高增益反射面天线。该天线包括馈源喇叭、分光片以及反射面三个部分,天线的组成部件集成在一块底板之上,底板尺寸为19.4 cm×16.8 cm。首先,通过理论设计确定天线各个组成部分参数和布局;进而,通过精密机加工手段得到一体化的天线样机;最终,利用平面近场测试系统完成方向图测试。测试结果表明,天线增益大于40 dB,副瓣低于-10 dB,从而在紧凑空间内实现太赫兹高增益天线。