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.     

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.     

光生等离子体菲涅尔波带板天线

本文描述一种光生等离子体菲涅尔波带板天线的设计方法.利用中心波长为808 nm的近红外激光器阵列通过光学掩膜(菲涅尔波带板的照相底片)照射高电阻率的硅片,使硅片呈现出菲涅尔波带板的衍射特性,实现对入射毫米波的聚焦.给出了这种天线在94GHz处的实验验证,并得到了4dB的天线增益效果.     

一种高效均匀复合型菲涅尔透镜设计北大核心

针对可见光通信系统中菲涅尔透镜天线无法兼顾高聚光效率和均匀性的问题,设计了一款复合型菲涅尔透镜。通过采用分区法将透镜分成内环区和外环区,提高了菲涅尔透镜的聚光效率,并结合分布式焦点法对透镜结构进行优化,改善了聚光光斑能量均匀性。仿真结果表明,该复合型菲涅尔透镜实现了高聚光效率下的能量均匀分布,适用于高增益、短焦距和小视场角的可见光通信系统。     

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。     

一种新型金属透镜天线设计

为了获得具有高增益特性的天线，对传统透镜天线工作原理进行了分析。因为透镜天线板间电场模式与波导中电场模式类似，以此为依据通过改变金属透镜的金属平板间距和板脊高度，设计了一种新型金属透镜天线，迥异于传统金属透镜天线的凹形曲面结构。该天线金属透镜由多片长方形侧面加脊金属板组成，能够很好地调节口径面的相位分布，以此实现口径面同相分布，从而获得高增益性能。     

带引向器的非对称平衡对拓Vivaldi天线设计

设计了一副改进的非对称平衡对拓Vivaldi天线。辐射贴片外边缘用3阶多项式曲线修正,以实现很宽的阻抗带宽。在天线口径处嵌入一个金属贴片作引向器以改善天线的辐射特性。对辐射贴片引入非对称性,使得E面波束偏离得到进一步补偿。实测结果表明,该天线具有极宽的工作带宽,在2~40 GHz内的增益大于0 dBi,且在15~30 GHz内的增益大于14 dBi;E面的波束偏离在6~40 GHz频率范围内小于3°。该天线具有结构简单、尺寸紧凑（44 mm×98 mm）以及方向图稳定等优点。该天线能够较好地应用于相控阵、超宽带系统等。     

一种宽带高增益太赫兹透镜天线及其组阵设计

给出了一种宽带高增益的太赫兹介质透镜天线的设计方法，该太赫兹透镜的中心工作频率为220 GHz,工作带宽超过20 GHz,透镜外形为边长118 mm的方形。太赫兹透镜采用平凸透镜形式，透镜材料选用低损耗的氧化铝陶瓷，介质透镜前后表面带有阻抗匹配层，起到减小空气-介质交界面电磁波反射的作用。综合采用上述3种设计手段的太赫兹透镜天线实现了高增益和高效率。在太赫兹透镜天线容差分析的基础上，加工了太赫兹馈源网络和透镜样机，并进行了实物测试。实测太赫兹馈源网络的驻波、极化隔离度、天线增益和天线方向图均与仿真较为接近。进一步，将该阵列单元用于组阵以继续提高太赫兹天线增益，给出了周期组阵和非周期组阵2种布阵设计。计算结果表明，通过非周期组阵设计的透镜阵列天线，可以将栅瓣电平由-8.38 dB抑制到-13.69 dB。     

一种宽带高低仰角增益的卫星导航终端天线

研究了一种宽频带高低仰角增益的卫星导航终端天线。天线由两对交叉偶极子天线臂、馈电网络和栅栏状反射腔组成;两对交叉偶极子臂分别位于水平面上和垂直面上,形成对上半空间各仰角方向上增益的有效贡献;馈电网络实现交叉偶极子馈电相位相差90°,满足天线的圆极化辐射;栅栏状反射腔实现天线的定向辐射和辅助调整天线的带宽和低仰角增益。分析了典型参数变化对天线性能的影响,测试结果表明,天线|S11 |≤-10 dB 的阻抗带宽1.330~1.810 GHz、轴比小于3 dB 带宽为1.54~1.66 GHz 和在1.561 GHz、1.575 GHz、1.602 GHz 频点10°低仰角最大增益分别为0.35 dBi、0.21 dBi、0.1 dBi。该天线具有高低仰角增益,尺寸小,频带宽的特点。     

高增益金属透镜天线设计

金属透镜天线具有高增益和大功率容量等优点。采用几何光学原理将一组平行间隔的金属板设计为金属凹透镜,实现对电磁波的汇聚,获得高增益辐射特性。在辐射原理和结构分析基础上,设计了一款工作于X波段(10 GHz)的金属透镜天线,采用矩形喇叭天线作为初级馈源、13片金属板嵌于一只半径为153 mm的PVC筒顶部。仿真和测试结果吻合良好,表明该金属透镜天线性能优异:|S_(11)|<-10dB阻抗带宽为18%(从9.6~11.5 GHz),在10GHz工作频点的增益达到27dBi,相比喇叭天线提高了10.2dB。     

毫米波宽带高增益介质超透镜天线设计

基于相位补偿原理设计了一款全介质超透镜,同时使用喇叭天线作为馈源对透镜进行馈电.通过改变介质单元的高度和介质孔的深度实现了足够的相位补偿范围.该透镜共有506个单元,口径尺寸为44.6 mm×46.6 mm,该传输阵天线的焦径比为1.天线使用全介质结构,因此使用3D打印技术加工该全介质透镜,可以降低加工成本.仿真与实测...     

Compound Fresnel Zone Lens Conformal to Truncated Cone: Antenna Application

A millimeter wave antenna consisting of two Fresnel zone plate lenses, plane and conical, is examined numerically by use of the vector diffraction theory. The lenses are of Wood-Wiltse (double-dielectric) or Soret (half-open) type, and are designed for the frequency of 117 GHz. The lenses are made conformal to a truncated circular cone with a base diameter of 500 mm and a plateau diameter of 250 mm. Designs for two opening semi-angles, 45° and 75° each of them with a particular lens thickness are presented. For the angle of 90° the cone lens becomes a plane ring lens, which in combination with the plateau zone lens forms a plane lens of size equal to the cone base diameter. Illuminated by directive feeds set at a focal distance of 525 mm from the cone apex, the double-dielectric and half-open compound and plane lenses, form three pairs of Fresnel zone lens antennas, the co-polar and cross-polar radiation characteristics of which have been compared numerically. The double-dielectric lens antennas examined are about 5 dB superior in gain to the half-open lens antennas, which has a gain of approximately 45 dBi. Because all lenses are of equal transverse aperture, the corresponding lens antennas exhibit the same ?3 dB beamwidth of about 0.33 degrees. The plane zone lens antenna is very thin and simple. Instead, the antenna comprising a 3-D compound Fresnel zone lens is thicker but can be made conformal to a specific surface shape and possesses more levels of design and optimization freedom.     

一种工作于1.6 GHz ~20 GHz 的高增益对跖Vivaldi 天线

设计了一款工作于1.6 GHz ~20 GHz 的高增益对跖Vivaldi 天线,该天线在常规对跖Vivaldi 天线的左右两端加载半椭圆贴片结构,改善低频驻波比特性,进而提高了天线的阻抗带宽;在天线主轴方向加载梯形基板,将天线表面电场约束在天线的主轴方向上,不但消除了天线增益峰值的偏移问题,而且提高了天线的增益值。实测结果表明:该天线在1. 6 GHz ~20 GHz 频段内电压驻波比小于2,增益为1. 5 dB ~11. 1 dB。此外,该天线增益峰值偏移现象得到明显抑制,具有辐射方向性好、增益高、交叉极化比小的优点。     

E波段宽带高增益透射阵天线设计

设计了一款E 波段高增益天线,该天线由基片集成波导缝隙天线和透射阵组成。为实现足够的相位补 偿范围,设计了多种贴片结构单元。该透射阵共有289 个单元,口径尺寸为33. 065 mm × 33. 065 mm,该天线的焦径比 为0. 45。实测结果表明,加载透射阵后,SIW 缝隙天线的增益提高了14. 63 dB,在74. 23 GHz 增益达到23. 28 dBi,口径 效率为24. 23%,3 dB 增益带宽为10. 83%。     

Wideband and high-gain one-patch microstrip antenna coupled withH-shaped aperture

The design, fabrication, and experimental implementation of the one-patch microstrip antenna coupled with an H-shaped aperture are presented. The presented antenna has a wide bandwidth, high gain, and low cross-polarisation levels with only one-patch. The measured bandwidth of this antenna is 56.2% for the voltage standing wave ratio ⩽2.0. The cross-polarisation level is below -18.2 dB at the E-plane and below -25.7 dB at the H-plane. The maximum gain at 2.05 GHz is 10.4 dBi and the 3 dB gain bandwidth with a centre frequency at 2.17 GHz is 24%     

Circularly polarized dielectric-loaded planar antenna excited bythe parallel feeding waveguide network

A new receiving planar array antenna for DBS (direct broadcasting satellite) is proposed. The element antenna is a short waveguide aperture mounted in the ground plane, loaded with a dielectric and polarizers, and excited through its side wall by another feeding rectangular waveguide. The gain of the element antenna loaded with a dielectric is so high that the grating lobes can be reduced sufficiently even if the element spacing in the array is wider than the wavelength in free space. Therefore we can reduce the number of the array elements, and parallel feeding by the low loss waveguide network can be feasible to provide a planar array antenna. This paper describes the experimental results of several kinds of the circularly polarized dielectric-loaded element antennas and the planar antennas fed by the waveguide network. In the 12 GHz band the planar antenna with 64-element radiators has a maximum gain of 31.9 dBi with an aperture efficiency of 94.7%, the 1 dB-down frequency bandwidth of the gain is about 800 MHz (6.7% for a center frequency of 11.85 GHz), and the frequency bandwidth of the axial ratio is less than 1 dB of 850 MHz (7.2%)     

一种具有双缝隙结构的双频宽带MIMO天线

设计一种双频宽带多输入多输出(MIMO)天线。天线采用微带线耦合馈电,在天线的表面开有圆环形缝隙,把宽缝隙和窄缝隙结合到一起,因此在辐射体上同时存在2种缝隙结构;天线采用双面结构,带宽范围为1.7~2.33 GHz和3.2~3.9 GHz,2个频带的带宽分别为630 MHz和700 MHz,可用于移动通信的DCS(1 710~1 880 MHz)、PCS(1 850~1 990 MHz)、UMTS(1 920~2 170 MHz)以及WIMAX(3.3~3.6 GHz)。天线在低频段的最大增益为3.6 dB,在高频段的最大增益为5.1 dB,隔离度在-20 dB以下,符合MIMO天线的设计需求。     

加载引向器的小型化对跖Vivaldi天线设计与仿真

提出一种加载引向器的小型化对跖Vivaldi天线(AVA)。相比大多数对跖Vivaldi天线,该天线具有非常小的尺寸,其大小只有14 mm×34 mm×0.8 mm。引向器结构设置为三角形,置于天线的开口中间。相比传统的对跖Vivaldi天线,引向器能引导电磁波从天线的口径传输到介质板的边缘,这样造成的反射比较小且传输特性良好。此外,为了减小测量误差,将天线与超小型(SMA)头联合仿真,结果表明,该天线在5.2~11 GHz频段内S11<-10 dB,具有较宽的带宽;且在8.5~11 GHz范围内,天线的增益明显增加,验证了这种新设计的可行性。     

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.