基于混合电磁超材料的宽角扫描相控阵天线

本文提出了一种新颖的基于混合电磁超材料的小型化低成本宽角扫描相控阵天线.通过在介质谐振器上加载电磁超表面,引入额外的容性加载,实现了一种新型的小型化混合电磁超材料辐射体结构(电尺寸仅为0.39λ₀×0.27λ₀×0.09λ₀).同时,由于混合电磁超表面的小型化和周期特性,阵间距缩短为0.40λ₀,增大了波束的扫描范围.此外,混合超材料辐射体中嵌入的空气孔和地板上开设的T形槽,能够提高阵元间的隔离度.基于混合电磁超材料、紧间距布阵和去耦设计,对一个五元宽角扫描线阵进行了设计与测试.该阵列各端口的-10 dB阻抗带宽均大于3.30～3.80 GHz(14.1%),带内隔离度均优于13 dB,最大辐射增益10.1 dBi,主波瓣扫描范围为[-81°,84°],3 dB波束宽度覆盖范围为[-111°,105°].该阵列具有小型化、宽带宽、宽扫描范围以及低成本的优点,适用于低成本、高可靠性和智能化的无线通信应用.     

低互耦星载相控阵天线设计

介绍了一款工作于Ku频段的低互耦星载相控阵天线的设计方法, 采用在阵列单元周围加载金属腔体的方式降低阵列单元之间的互耦效应, 从而改善相控阵天线的方向图扫描特性.针对相控阵天线在二维±60°范围内低副瓣波束扫描的特点, 对5×5子阵和16×16阵列进行了研究, 验证了阵列的互耦降低方法的有效性和电性能.研究结果表明:相控阵单元间互耦小于-16 dB, 而相控阵单元在15.1~16.8 GHz电压驻波比小于2, 相对带宽11%;在频率为f₀±500 MHz范围内, E面3 dB波束宽度大于98°, 5 dB波束宽度大于113°, H面3 dB波束宽度大于113°, 5 dB波束宽度大于122°.在仿真设计的基础上, 研制了子阵天线试验样机, 测试结果与设计结果吻合良好, 证明了降低互耦方法的有效性, 天线单元方向图满足在±60°范围内波束扫描的要求, 可应用于相控阵雷达系统.     

电磁异向介质在阵列天线中的应用研究

为了抑制阵列天线单元的表面波,并减小阵元间的耦合效应,研究了电磁异向介质材料在抑制阵列天线互耦效应中的应用.基于开口谐振环(Split-Ring Resonator,SRR)负媒质材料特性,将SRR结构单元加载于阵列天线之中,提出了具有互耦抑制效应的天线设计方法.仿真结果表明:加载SRR结构单元后,天线谐振工作频点处的耦合系数降低了8.8 dB,即由原来的-16.3 dB降低到了-25.1 dB,而对天线阵列的增益和方向图没有太大的影响,可以满足工程的基本要求.为设计低耦合的微带阵列天线提供了理论支持.     

三端口宽带极化可重构紧耦合天线阵列

提出了一种三端口宽带极化可重构紧耦合天线阵列。该阵列单元由蝶形偶极子、阻抗变换器和巴伦组成,通过最大功率传输效率法(MMPTE)优化出天线三个端口的所需最优激励分布,从而实现天线在左旋圆极化(LHCP)和右旋圆极化(RHCP)以及在方位角平面任意角度线极化(LP)多种辐射模式之间的切换。最终优化得到的阵列的尺寸为π×60² mm²×30 mm(π×0.7²×0.35λ₀³=0.549λ₀³,其中λ₀为中心频率处的自由空间波长)。测试结果表明,该阵列在左右旋圆极化和线极化状态下的相对阻抗带宽(|S₁₁|<-10 dB)都为50.7%,且3 dB增益带宽基本能覆盖阻抗带宽。左右旋圆极化轴比小于3 dB,并且轴比带宽(AR<3 dB)可以覆盖整个阻抗带宽。在3.5 GHz处,阵列在各种极化状态下的最大实际增益均大于8.8 dBi。     

太阳能电池与反射阵天线的一体化集成设计

提出了一种与太阳能电池板集成的反射阵天线。用太阳能片底部金属层作为反射阵单元的辐射贴片,使得照射在太阳能电池上的光照不受天线遮挡,实现了最大化的光电转化效率。反射阵单元尺寸为0.4λ₀×0.4λ₀。单元相移范围达到543°。用该单元组成了单元数为15×15的反射阵列天线,阵面口径大小为690 mm×690 mm(6λ₀×6λ₀)。采用标准增益喇叭天线作为反射阵馈源。仿真结果表明,在2.6 GHz反射阵的增益达到22.5 dBi,口径效率为39.5%。     

基于特征模理论的机载微带有源二元阵列天线降耦技术

针对机载微带有源阵列天线单元间的互耦问题,提出了一种基于特征模理论的降耦方法。首先,通过分析天线单元被激励起的特征模式,筛选出工作模式和非工作模式;然后,根据阵列的结构、非工作模式的模式权重系数和特征远场方向图,分析出频带内对互耦贡献大的非工作模式;最后,通过抑制这些模式实现互耦降低,同时减少对工作模式的影响以保证天线性能。设计了频带为2.19 GHz～2.32 GHz的微带天线单元,通过对贴片修形、设置金属柱等措施抑制频带内对互耦贡献大的非工作模式。将改进前后的单元组成微带二元阵进行仿真,结果表明：改进后的二元阵,在整个频带内的S₂₁降低了3 dB以上、增益损失可接受、交叉极化得到改善。该方法为机载大型微带有源阵列天线的有效降耦提供了一条新思路。     

基于开口谐振环的微带天线互耦抑制研究

提出了一种通过加载开口谐振环隔离板来抑制微带天线阵元之间耦合的方法。首先设计了一款工作频率在6GHz的微带天线阵,然后在其阵列单元间加载单环SRR隔离板结构。该结构在特定频段具有带阻特性,可以有效抑制天线单元间的互耦,增加天线单元间的隔离度。最后利用HFSS软件进行了仿真与优化。仿真结果证明:该结构的引入能使微带天线单元间的互耦因子降低10d B左右,体现了较好的互耦抑制特性。     

高隔离度微带阵列天线的设计

提出了一种通过增加曲折开槽谐振器来增强阵列天线单元间隔离度的方法。首先设计了一款应用于802.11ac(5.17~5.29 GHz)频段移动终端的天线,在其阵列单元间添加一个曲折的开槽谐振器,此谐振器具有带阻特性,能有效降低天线单元间的互耦,增强天线单元间的隔离度,并利用HFSS软件对微带阵列天线进行了仿真与优化。仿真结果显示,增加了开槽谐振器后天线的隔离度增强了11.31 dB,隔离度达到了–29.4 dB,驻波比VSWR小于1.35,S11小于–16 dB,S21达到了–26 dB,满足天线的要求。     

一种适用于波束扫描的宽带低剖面介质谐振器天线

近年来,为解决传统介质谐振器天线（dielectric resonator antenna, DRA）体积庞大等问题,新颖的低剖面DRA如介质贴片天线和平面介质天线被提出并迅速成为研究热点. 然而,现有的低剖面DRA设计要么平面尺寸较大（>0.5λ₀×0.5λ₀）,要么带宽较窄（<10%）,限制了它们的实际应用. 文中提出了一种具有小型化平面尺寸的宽带低剖面DRA. 本天线采用介质贴片设计,顶部为高介电常数的介质贴片,中间为低介电常数的介质基板,底部为缝隙馈电结构. 缝隙馈电结构可激励起介质贴片谐振器的基模TE₁₁₁和高次模TE₁₃₁两种工作模式,这两种模式的场分布在贴片边缘部分存在基模场强较弱而高次模场强较强的显著区别. 本设计巧妙地利用了该区域的模式场强区别,通过略微增加贴片边缘部分高度来显著影响高次模谐振频率而轻微影响基模谐振频率,从而将高次模TE₁₃₁的谐振频率迅速下拉并与基模TE₁₁₁的谐振频率靠近合并,在不增大介质贴片平面尺寸的前提条件下获得宽带工作效果. 本天线的三维尺寸为0.35λ₀×0.35λ₀×0.08λ₀ (λ₀为中心频率处的空气中波长),线极化实物案例测试结果表明该天线具有18.5%的?10 dB阻抗带宽以及7.3 dBi的最大增益. 该天线平面尺寸小,适用于具有波束扫描功能的阵列天线设计;且提出的设计理念还可进一步拓展应用于圆极化天线设计.     

一种可用于卫星导航抗干扰天线的降耦方法

针对基于功率倒置算法的空时自适应抗干扰技术中天线阵元间互耦误差严重恶化算法性能这一问题,分析比较了目前常见的应对解决方案,并提出一种新的可用于抗干扰卫星导航终端的天线阵列降耦方法。该方法通过在卫星导航抗干扰天线阵列中加载电磁谐振吸波器,降低天线阵元间互耦。实验数据表明,利用该方法可以使阵元间互耦降低10 dB,使抗干扰接收机最大抑制干信比提升5 dB。     

Mutual Coupling Reduction of MIMO Antenna Array Using Meta-FCRR

In order to reduce mutual coupling interference of between both adjacent antenna elements, a practical scheme for metamaterial is reported in this paper. The study shows that the permittivity and permeability of metamaterial based on fold complementary ring resonator (FCRR) can well be anastomosed in electromagnetic field. The antenna array using co-planar waveguide mode to expound the multiple input multiple output (MIMO) performance are further proposed. The results of simulated antenna array with FCRR indicate that the coupling of about 30.5 dB, 14 dB and 20.2 dB are reduced at resonance frequency (at 2.4 GHz, 6.15 GHz and 9.2 GHz). Meanwhile the experimental measure results can meet the simulation data. Additionally, the envelope correlation coefficient (ECC), diversity gain (DG), voltage standing wave ratio (VSWR) are better characteristics in contrasting to without FCRR, making the solution viable for MIMO antenna arrays.

     

一种基于双耦合器谐振环的梳状滤波器特性分析

为改善常规马赫-曾德尔(MZ)干涉仪型滤波器的输出特性,提出了一种由双耦合器和单模光纤构成的谐振环加人非平衡马赫-曾德尔干涉仪一臂中构成的新型梳状滤波器.推导了该器件的输出表达式,并进行了数值模拟.模拟结果表明,改进后的滤波器同时具有更宽的0.5 dB透过带宽和25 dB截止带宽,具有近似方波的输出谱,降低了系统对光源波长稳定性的要求,相对于常规的非平衡马赫-曾德尔干涉型滤波器来说,具有更好的滤波效果.最后分析了双耦合器谐振环上耦合器的耦合比以及环长度对该器件滤波性能的影响,给出了满足通信实用要求的各个参数的范围.     

Array of circular-polarised cross dielectric resonator antennas

A compact array of circular polarised cross-shaped dielectric resonator antennas (XDRAs) is presented. The array consists of 2×2 XDRAs elicited by microstrip-fed slot apertures in the X-band. By using sequential rotation to feed the XDRAs, the circular polarisation bandwidth is significantly increased from 5% for the individual XDRA to 16% in the array. The array also achieves a wide impedance bandwidth: a 10 dB return loss was maintained over a 25% bandwidth     

Design of microstrip-fed series array of dielectric resonatorantennas

An experimental procedure for designing a microstrip-fed series array of dielectric resonator antennas is presented. The procedure was used to design a 10 element array with a Taylor amplitude distribution. A gain of 13.2 dBi was measured at 8.2 GHz with maximum sidelobe levels of -17.5 dB. The cross-polarisation levels were also measured to be quite low, at -20 dB below the peak     

Ultra-small microring resonator based on sub-micrometer fiber

The transfer function of the microring resonator is deduced,and the effects of the normalized loss,coupling coefficient and surrounding media on the resonance performance are investigated thoroughly.Utilizing the improved fused tapering tech-nique and ingenious self-coiling coupling method,a high-quality microring resonator(radius of about 500μm)with larger extinction ratio(>10 dB)and sharper resonance is designed and fabricated by a segment of continuous sub-micrometer fiber.The microring resonator constructed in this way demonstrates extremely small connection loss with communication fiber in contrast to the planar waveguide technology.     

平坦通带高频纵向耦合谐振滤波器的研制

应用耦合膜理论,重点研究了纵向耦合谐振滤波器耦合换能器与输入/输出换能器间距对纵向耦合谐振滤波器通带波纹的影响,探讨了制作纵向耦合谐振滤波器中金属铝的干法刻蚀工艺。基于理论模拟得出的结论,文中给出了中心频率为900MHz纵向耦合谐振滤波器频率响应的计算模拟结果和实验测试数据。测得1dB带宽25.9MHz,3dB带宽28.7MHz,阻带抑制达到50dB,插入损耗3.85dB,通带波纹小于0.7dB。实验结果与理论分析相吻合。     

一种基于SIR结构的三通带带通滤波器

应用双指耦合结构和枝节加载谐振器（Stub-loaded Resonator,SLR）实现了一款基于阶梯阻抗谐振器（Stepped Impedance Resonator,SIR）的滤波器。该滤波器具有3个通带,带外抑制较好,工作频段提高。通过调整阻抗比可调节第二、三通带的谐振频率;SLR结构能够增加通带数量;SLR结构和双指耦合结构均能改善滤波器的S参数。HFSS软件仿真表明,3个通带的中心频率分别为3.5 GHz、6.6 GHz、9.2 GHz,对应的分数带宽分别为5.7%、3%、2%,S11分别为-18 dB、-22 dB、-24 dB,通带内的S21分别为-1.8 dB、-1 dB、-1 dB。电路的测量结果与仿真结果较为吻合。该滤波器在5G通信的低频段具有应用前景。     

Broadband multimode antenna and its array for wireless communication base stations

A wideband dual‐polarized antenna coupling cross resonator is proposed for LTE700/GSM850/GSM900 base stations. An additional resonance is introduced to obtain strong coupling between the dipole and resonator. Moreover, the input impedance of the proposed antenna is steadily close to 50 Ω, which results in better impedance matching. Therefore, a wide bandwidth can be achieved with multiresonance. A prototype is fabricated to verify the proposed design. The measured results show that the antenna has a fractional bandwidth of 35.7% from 690 MHz to 990 MHz for |S₁₁| < ?15 dB. Stable radiation patterns as well as gain are also obtained over the entire operating band. Moreover, a five‐element antenna array with an electrical downtilt of 0° to 14° is developed for modern base station applications. Measurement shows that a wide impedance bandwidth of 34.7% (690 MHz to 980 MHz), stable HPBW (3‐dB beamwidth) of 65 ± 5°, and high gain of 13.8 ± 0.6 dBi are achieved with electrical downtilts of 0°, 7°, and 14°.     

Electronics for a high temperature superconducting receiver systemfor magnetic resonance microimaging

Describes an MRI (magnetic resonance imaging) receiver system that incorporates a high temperature superconducting (HTS) resonator as a surface coil. Techniques for measuring the Q of the HTS resonator in a 7 Tesla field are discussed. A method for coupling a room temperature copper resonant circuit to the HTS element is covered, and it is shown that such a coupling scheme preserves the signal-to-noise gain afforded by the HTS coil. A preamplifier with a noise figure of <0.15 dB at 300 MHz is described     

一种新型超宽带带通滤波器的设计

针对超宽带(UWB)系统易受无线网络信号干扰及传统的超宽带带通滤波器阻带较窄,不能有效抑制谐波的问题,提出了一种新型的UWB带通滤波器,该滤波器由两级交指梳状耦合谐振器级联组成,通过增加耦合指的个数来实现陷波特性,然后在两个交指谐振器的中间添加一个槽线锥形谐振器,使该滤波器具有抑制高次谐波特性,达到拓宽高阻带的效果,同时由于槽线谐振器的加入,陷波频段的抑制电平进一步提高.实验结果证明,所设计的滤波器既能保证3.1～10.6 GHz频段内的插入损耗小于3 dB,陷波频段为5.7～5.8 GHz,陷波频段的抑制电平高达-43 dB,同时又能拓宽高频阻带.