Ku频段宽带相控阵天线技术研究

阵列天线易于实现高增益、波束扫描及波束赋形等功能,成为现代无线通信、导航、雷达等信息系统收发信号的主要手段。为满足高速率、广覆盖、多功能等发展需求,现代无线信息系统要求阵列天线具有宽工作带宽、宽角波束扫描能力及平面化、低剖面等特性。为此,文中以Ku频段、低剖面、宽频带相控阵天线为研究方向,基于微带天线宽带化技术、L型探针耦合馈电技术及加载等效腔体结构,开展微带天线的宽带化和相控阵天线的宽角扫描技术研究。文中提出了一种基于L型探针耦合馈电结构的具有宽带、宽角扫描能力的8×8阵列天线。实测结果表明,在VSWR<3时,在13.0～18.0 GHz阻抗带宽内(相对带宽为32.3%),该阵列天线在E面和H面均可实现±60°的扫描覆盖范围。实测结果和仿真结果具有较好的一致性。     

一种宽带双极化磁电偶极子相控阵设计

采用磁电偶极子天线作为阵列单元,设计了一种兼具双极化、高增益、大功率和宽带特性的相控扫描阵列。磁电偶极子天线为全金属结构,可以承受大功率;两对菱形电偶极子和弯折磁偶极子呈十字交叉排列,实现正交双线极化;电偶极子末端与金属腔壁上倒L形弯折片之间由于容性耦合形成等效LC电路,能够改善天线低频的阻抗匹配。加工制作了一只8×8相控阵天线样品,仿真和测试表明,阵列有源驻波小于2的阻抗带宽达到44.4%(2.1～3.3 GHz);在整个工作频段内阵列有良好的高增益定向辐射性能,以及大角度波束扫描性能,在重点工作频点2.3 GHz的法向增益最大值为23.4 dBi,45°扫描角下的阵列增益仅下降了1.9 dBi。     

加载周期性附属结构的宽带双极化微带天线

提出了一种宽带双极化微带天线,应用于5G(Sub-6)通信和无线通信频段,双极化微带天线加载了周期性结构作为附属,提高了天线的阻抗匹配和增益特性,天线相对带宽分别为63.82％和61.70％.2个端口采用双孔径缝隙耦合和改进型馈电结构,避免了两端口馈线的交叉,实现了35 dB的端口隔离,3.1～6.2 GHz的工作频带...     

一种宽带双极化共享折合臂天线设计

针对L、S波段双极化信号宽带监测,提出了一种宽带双极化共享折合臂（dual-polarized shared-folded-dipole,DPSFD）天线. 天线采用宽度渐变振子臂和共享折合枝节结构,这种设计使天线的相对带宽由原来的57.8%拓宽到85.7%,并改善了天线高频段方向图分裂的问题. 理论和实验测试表明:天线在1.6~4 GHz频带范围内,电压驻波比小于2,典型增益为8.3 dBi,天线尺寸仅为最低工作频率对应波长的28%. 新设计的天线可应用于通信信号宽带双极化监测系统中.     

基于超表面的低剖面宽带圆极化天线

基于超表面设计了一款低剖面、宽带、圆极化天线。天线由改进的Wilkinson功分器馈电实现宽带90°相位差,超表面单元在传统方环形单元上加载箭头结构来增加额外的等效电容,进一步改善了天线带宽和增益性能。仿真和测试结果表明,天线的阻抗带宽为36.7%(2.0 GHz-2.9 GHz),3dB轴比带宽为26.1%(2.0 GHz-2.6 GHz),保持稳定右旋圆极化辐射,峰值增益8dBic,整体天线厚度仅0.05 A。(6mm)。     

一种宽带双极化紧耦合偶极子阵列天线设计

提出了一种宽带双极化紧耦合偶极子阵列天线,单元采用全金属结构以满足大功率输入需求,渐变平行平板双线与短路柱的馈电结构设计可实现宽带阻抗匹配并移除共模谐振影响,针对紧耦合阵列的边缘截断效应提出了一种短接与差异化加载的阻抗调节方法,实现了在不额外加载哑元情况下的阵列边缘端口的良好阻抗匹配。有限大阵列仿真结果表明,在0.8～2 GHz工作频段内所有端口的有源驻波小于2.5,最大增益达到13.3 dBi,定向辐射性能优良。加工天线样品的测试结果与仿真结果吻合良好,证明了阵列性能的有效性。     

一种宽带WLAN贴片天线

文中提出了一种单馈的宽带贴片天线应用于无线局域网络通信。该天线由方形贴片、电抗性阻抗表面以及电磁带隙结构组成。文中提出同时加载电抗性阻抗表面和电磁带隙结构能够实现小型化以及宽带化。电抗性阻抗表面作为接地平面能够降低天线的谐振频率。电磁带隙结构能够提高天线的阻抗带宽。测试结果表明所提出的WLAN贴片天线的相对带宽为22.3%(S₁₁=-10 dB),覆盖4.77～5.97 GHz,可以获得6.3～7.2 dBi增益。与现有宽带小型化天线相比,该天线在保证宽带小型化的前提下仍具有较高增益,且辐射性能具有较高的一致性,十分有利于其应用。该天线能够覆盖IEEE 802.11a标准所规定的5 GHz频段,能够实现无线局域网之间的高速数传。     

基于阻抗表面加载的小型化全向高增益天线

提出了一种基于阻抗表面加载的紧凑型水平极化全向高增益腔体天线.通过在由5个腔体级联构成的全向天线中央加载深度可调的梳状阻抗表面,可在宽带频率范围内降低天线的谐振频率,即实现天线的小型化.该梳状阻抗表面是由一维周期性亚波长金属线阵列构成,可等效为在天线辐射口径均匀加载的并联电容.仿真结果表明,通过调节阻抗表面的插入深度,...     

一种宽带双极化波导阵列天线的设计

设计了一种适用于雷达、通信等领域的宽带双极化波导阵列天线。天线的垂直极化信号通过波导阻抗变换直接馈电实现,水平极化信号通过由垂直极化信号馈电、缝隙耦合的方式实现。设计的阵列天线在12 GHz～15 GHz的频带内驻波比小于2,交叉极化低于25 dB,单元增益在带内大于8 dB,波束宽度大于60°。加工天线后实测结果与仿真结果吻合,该种阵列天线既适合固定波束阵列天线,又适合具有相扫功能的阵列天线。     

SIW 耦合馈电阵列天线

提出一种新型宽带、结构紧凑的基片集成波导(SIW)背腔阵列天线的设计方法。所设计的SIW 阵列由紧密相连的背腔构成馈电网络,每个背腔上开宽缝作为辐射单元。SIW 背腔天线单元紧密排列,主要通过单元间感性耦合窗耦合馈电。SIW 背腔既是辐射单元又能实现能量分配,不需加载额外的馈电网络,因此该阵列结构十分紧凑。工作在20 GHz 频段的2×2 SIW 耦合馈电阵和4×4 SIW 耦合馈电阵已加工实现,仿真和测试结果表明所提出的SIW阵列设计方法简单、阵列结构紧凑、天线辐射性能良好。另外,本文研究了高增益大规模阵列天线的组阵方法。在2×2 SIW 耦合馈电阵的基础上,采用8×8 SIW 并联馈电网络加载天线子阵的方法设计了16×16 宽带高增益SIW 阵列天线并进行了加工测试。结果表明,采用这种组阵方法,天线阵阵元排布紧密,天线具有带宽宽、增益高、损耗低等优点。