一种W波段圆极化微带天线研究

研究了不同馈电形式的W波段圆极化微带天线阵列,并采用等幅同相馈电方式以及新型波导到微带过渡结构,完成了圆极化阵列天线的设计.由理论分析和仿真结果可知,通过选择合适的介质,以及利用单元间等幅同相馈电,既能有效减小W波段天线的损耗,又能实现圆极化的良好轴比特性.功分网络的合理排布,波导到微带过渡结构亦有利于减小天线损耗.对8×8阵列天线进行实测,S(1,1)小于-15dB的相对带宽为4.3%,轴比小于3dB的波瓣宽度为11°,中心频点94GHz时天线增益为20.6dB,与仿真结果基本吻合.     

基于SP馈电网络的超宽带圆极化天线设计

提出了一种基于顺序相移(SP)馈电网络的宽轴比圆极化微带阵列天线。该天线通过将四个相同的圆形贴片辐射器连接在SP馈电网络的输出端,形成2×2微带阵列天线以实现圆极化性能。为保持馈电网络的紧凑性和圆形贴片辐射器的宽带特性,设计了一种不规则局部接地的方法。为获得天线的定向辐射并提高增益,在介质基板下方7.4 mm处设置一金属反射板。经过HFSS仿真软件优化分析,所提出天线的总尺寸为65 mm×65 mm×8 mm,小于-10 dB阻抗带宽为5～8.6 GHz(52%),3 dB轴比带宽为5.72～8.16 GHz(35%),在圆极化工作频率范围内增益可达10～12 dB。对所提出天线进行实物加工与测试,测试结果和仿真结果较吻合。     

64单元X波段LTCC高增益圆极化微带阵列天线

采用双层矩形贴片加一对切角和2个缝隙的结构设计圆极化单元,并将其应用于X波段64单元高增益圆极化微带阵列天线。传统设计中,多层寄生微带阵列天线使用柔性基板制作,引起加工精度的问题及基板间空气层的存在,使阵列天线的圆极化特性及阻抗匹配与仿真结果相差较大。该文采用低温共烧陶瓷(LTCC)材料设计了应用于X波段的64单元双层圆极化微带阵列天线。实验结果表明,64单元阵列天线增益达到22.03dBi,S11<-10dB的相对阻抗带宽达到6.36%,天线具有良好的圆极化和阻抗匹配特性。从而验证了在研制微带阵列天线方面LTCC技术可很好地得到应用。     

LTCC阵列天线单元电磁兼容分析及优化设计

基于LTCC(Low-Temperature Co-fired Ceramic)技术设计了一种工作在Ka波段的圆极化微带阵列天线单元。采用微带馈线与贴片辐射单元非接触、缝隙耦合的馈电方式,在不改变贴片尺寸且无额外匹配网络的情况下实现阻抗匹配和圆极化。使用软件HFSS分析了天线单元关键结构对其性能的影响并对其进行了优化设计。结果表明,优化设计获得了良好的结果,天线单元中心频率为30 GHz,最大增益为5.5 dB,驻波比≤2时阻抗带宽为1.4GHz(约4.7%),轴比≤6 dB的带宽大于600 MHz。     

Ku波段宽带高增益基片集成腔圆极化阵列天线北大核心CSCD

提出了一款应用于Ku波段的宽带高增益基片集成腔(Substrate Integrated Cavity,SIC)圆极化阵列天线。通过引入沿SIC口径面对角线放置的一对半月形寄生贴片和SIC底部馈电纵缝,使SIC中的TM_(211)和TM_(121)谐振模式幅值相等、相位相差90°,产生高增益圆极化辐射。同时,双寄生贴片还引入了一种背腔缝隙耦合振子圆极化辐射模式,扩宽了天线高增益圆极化辐射带宽。在此基础上,设计了一款2×2单元顺序旋转馈电的SIC圆极化阵列天线。阵列天线采用双层基片集成波导顺序相移馈电网络进行馈电,进一步增大了天线的圆极化带宽。综合考虑天线的-10 dB反射系数带宽、3 dB轴比带宽和3 dB增益带宽,测试结果表明,圆极化阵列天线的有效带宽为10.74-13.30 GHz(21.3%),在通带范围内最大增益为14.50 dBi。     

一种新型宽波束圆极化微带天线的设计

设计了一种新型宽波束圆极化微带天线,该天线采用四探针馈电,馈电网络由威尔金森功分器和传输线移相器组成,使四个馈电探针的相位依次相差π/2,实现了右旋圆极化辐射。通过Ansoft HFSS仿真结果表明：该微带天线结构简单、极化纯度高、全向性能好、轴比小于3dB的圆极化带宽达到27.7%,高于一般的微带圆极化天线（轴比小于3dB带宽约为15%）。天线可以很好地满足GPS通信的技术要求,也可用于无线局域网。     

一种旋转馈电的圆极化微带阵列天线设计

为展宽微带天线的轴比带宽并提高增益,利用旋转馈电方法设计出一种小型化宽轴比高增益的圆极化微带阵列天线。天线由四个微带贴片单元和一个旋转馈电网络组成,每个贴片单元为引入半圆槽的切角矩形,且关于中心旋转对称;旋转馈电网络位于底层介质基板的表面,与四个贴片单元通过四个镀铜通孔相连。利用电磁仿真软件HFSS对天线的性能进行数值计算,阵列天线的-10 dB阻抗带宽为12.3%(4.71～5.33 GHz),3 dB轴比带宽为13.2%(4.67～5.33 GHz),峰值增益在5.2 GHz为9.02 dB。     

LTCC4×4圆极化微带阵列天线

为解决微带阵列天线的小型化及宽频带的问题,采用了一种新的天线工艺——低温共烧陶瓷(LTCC)工艺,并对传统的阵列天线模型进行改进,从而设计出在X波段呈现出小型一体化、宽频带、优良的圆极化和高增益等特性的4×4微带阵列天线。通过电磁仿真软件HFSS仿真优化确定了阵列天线的最佳尺寸。对4×4圆极化微带阵列天线实物进行测试,结果表明,该阵列天线的相对阻抗带宽(反射系数S11<-10dB)达到15%(9.24~10.74GHz),天线的圆极化轴比最小值为1.65dB,最大增益>16.5dB,同时,阵列天线也表现出了良好的方向性特性和低副瓣特性。     

高增益宽带圆极化微带天线阵研究

研究了S波段高增益宽带圆极化天线阵的设计方法,讨论了阵列间距与天线增益、E面方向图之间的关系,论述了微带天线阵馈电网络工程实现途径,并研制了S波段高增益宽带圆极化天线阵实验样机,并对天线阵实验样机的电特性进行了测量,测量结果表明,天线最大增益为15 dB时,天线阵的阻抗带宽达到了12.25%,圆极化轴比小于3 dB带宽为9.4%,测试数据充分说明了该天线阵具有尺寸小、高增益、宽频带、圆极化特性,从而验证了设计方法的有效性.     

圆极化微带贴片天线辐射和散射特性研究

提出了一种改进的宽带圆极化微带天线。该天线采用单端口、共面波导馈电。通过仿真优化,获得了32.7%的圆极化轴比带宽(AR<3dB),和47.6%的阻抗带宽(VSWR<2.0)。测量天线样机的阻抗带宽为44.4%,较好地吻合了仿真计算结果。最后,以设计天线为例,研究了圆极化微带贴片天线的辐射特性和散射特性,为圆极化天线雷达截面减缩技术打下了良好的理论和实验基础。     

宽带圆极化微带天线的设计

在传统圆极化天线的基础上,设计了一种宽带四元组合圆极化微带天线,采用双层电磁耦合馈电结构,不仅拓宽了阻抗匹配带宽,而且有效改善了天线的圆极化轴比特性。经过计算和测试,天线工作于Ku波段时,阻抗带宽和3dB轴比带宽分别达到了26.4%(VSWR<2)和8.64%。这种结构的圆极化天线在卫星通信等领域应用前景广阔。     

Ka频段宽带圆极化微带天线

面向Ka频段高通量卫星对天线的需求,设计了一种Ka频段宽带圆极化微带天线. 天线单元主要由圆形辐射贴片和缝隙耦合馈电结构组成,通过两个类T形缝隙结合实现宽带圆极化. 天线仅有三层金属层,结构简单. 仿真结果显示,天线单元的相对阻抗带宽为31.5%（25.1～34.5 GHz）,相对3 dB轴比带宽为20.3%（26.5～32.5 GHz）. 由于单元尺寸较小,不便于对其性能进行验证,因此利用该天线单元组成2×2天线阵列,并进行加工测试. 仿真与试验结果表明,天线阵列阻抗带宽以及3 dB轴比带宽可以覆盖25.6～33.1 GHz频率范围,实测结果与仿真结果一致性良好.     

5.835 GHz微带阵列天线的设计

为了降低目前电子不停车收费(electronic toll collection, ETC)系统中存在的邻道干扰、跟车干扰等问题,设计了一种5.835 GHz的微带阵列天线. 首先使用对方形贴片切角的方式实现了天线的圆极化,然后通过对4个天线单元运用旋转与相位补偿的方式进行了轴比(axial ratio, AR)带宽的提升,并最终以改进后的4单元作为微带阵列天线的辐射单元. 在低旁瓣和高定向方面,本文基于道尔夫-切比雪夫幅度分布的方法进行了不等幅馈电的馈电网络设计. 通过大量的电磁仿真,最终确定了天线的最优结构,并进行了实物加工和测量. 实测结果表明,阻抗带宽为5.67～5.88 GHz,在5.7～5.9 GHz频段内,增益大于15 dB,AR小于3 dB,E面半功率波瓣宽度小于12°,实测结果与仿真结果具有较好的一致性. 该天线具有低旁瓣、圆极化、高定向的特点,为ETC系统路侧单元阵列天线提供了一种新颖的天线结构.     

宽带高增益圆极化微带天线与阵列

设计了一副宽带高增益圆极化微带天线,并进行组阵分析。天线中心频率2.6 GHz,通过增加寄生贴片和空气层来提高天线单元的增益和带宽。上下两层介质板上边长不同的切角方形贴片分别激励一个低频与高频的圆极化模,有效地拓宽了轴比带宽。仿真结果表明,反射系数|S11|<-10 dB带宽21.8%,3 dB轴比带宽12.0%,中心频率点增益9.0 dBi。对天线单元进行加工测试,与仿真结果较为吻合。设计了2×4元阵列,并进行了仿真,增益提升至17.5 dBi,3 dB轴比带宽10.4%。     

64 单元X 波段高增益圆极化微带阵列天线设计

采用双层矩形贴片加切角的结构设计圆极化单元,并将其组成应用于X 波段64 单元高增益圆极化微带阵列天线。天线基板采用Taconic-TRF,介电常数4. 5,厚度0. 81mm,损耗角正切0. 0035。利用Ansoft HF-SS 软件对单元及阵列模型进行仿真优化。通过实际测试,64 单元阵列天线轴比AR<6dB 的带宽500MHz,增益达到21. 2dB,S11 <-10dB 的相对阻抗带宽达到6. 9%,天线具有良好的圆极化和阻抗匹配特性。圆极化天线具有较强的抗干扰能力,可很好地应用于电子侦察、电子对抗等领域。设计的圆极化微带阵列天线为组成更大阵列的天线以及构建相控阵天线提供了单元基础。     

卫星干扰信号转发天线设计

本文介绍了一种高增益卫星信号转发天线,天线阵元采用十字交叉阵子形式,通过宽带功分移相网络实现圆极化,并采用泰勒综合方法优化了阵面方向图。该阵列具备工作频带宽、 高增益和低副瓣等特点。仿真结果表明,该阵列天线增益大于 12 dBi,旁瓣抑制大于 25 dB,轴比小于 3 dB,适用于多种卫星导航干扰信号的转发。     

Dual-band polarization and frequency reconfigurable antenna using double layer metasurface

In this paper, a polarization and frequency reconfigurable antenna with double layer metasurface, responsible for frequency and polarization reconfiguration respectively, is proposed. This antenna could operate in linear polarization in 4 GHz and circular polarization in 5 GHz band. By rotating the frequency reconfiguration metasurface, the linear polarization (LP) operating frequency can be continuously changed from 4 GHz to 4.35 GHz (8.4%) with circular polarization operating frequency around 5 GHz unchanged. Moreover, polarization of the whole antenna at 5 GHz can be reconfigured to linear polarization (LP), right-hand circular polarization (RHCP) and left-hand circular polarization (LHCP) by rotating polarization reconfiguration metasurface, the 3 dB axial ratio bandwidth is 5.0–5.2 GHz (4%). In all states, gain of the antenna achieves 5 dBi.     

毫米波车地通信的小型化波导螺旋阵列天线设计

高速磁浮列车毫米波车地通信系统要求其车载天线具有小型化、宽频带、圆极化和辐射扇形波束等特点。为更好地满足这些要求,设计一种中心馈电的小型化波导螺旋阵列天线。该天线馈电系统采用同轴波导中心馈电、4路矩形波导并馈的形式,通过改变馈电波导尺寸、耦合探针长度以及末端采用波导同轴转换器等形式,实现了所有单元的等幅馈电;天线单元由低剖面螺旋天线构成,采用顺序旋转技术改善天线的圆极化性能。利用全波电磁仿真软件设计了一款中心频率为38 GHz的28单元波导螺旋阵列天线,并进行了实验测试。测试结果表明：在37~39 GHz频带范围内,天线驻波比小于1.41,增益大于21.7 dB,轴比小于3.6 dB,俯仰面波瓣宽度为4.5°~4.7°,方位面波瓣宽度为29°~29.7°,满足毫米波车地通信系统车载天线的设计需求。     

Single-feed circularly polarized microstrip ring antenna and arrays

An analysis is presented for a microstrip-feed proximity-coupled ring antenna and a four-element array. Interactions between the embedded microstrip feed and the radiating element(s) are rigorously included. Results demonstrate that circular polarization of both senses can be achieved with a ring antenna with proper design of two inner stubs located at angles of ±45° with respect to the feedline. Theory and experiment demonstrate an axial ratio 3-dB bandwidth of 1% and the voltage standing wave ratio (VSWR) <2 bandwidth of 6.1%. The axial ratio bandwidth is typical for a microstrip antenna with perturbations, while the VSWR bandwidth is larger than for the circular or rectangular patch with perturbations. A mutual coupling study between two elements shows that the axial ratio is less than 2 dB for interelement spacing greater than 0.55λ_eff, while the VSWR <2 for all spacings considered. A comparison between theory and experiment is provided for a 2×2 element array. The benefits of sequentially rotating the antenna elements in an array environment are presented. The axial ratio and VSWR bandwidths are both increased to 6.1% and 18% for a four-element array. A single-element antenna with two orthogonal feeds to provide both senses of polarization is demonstrated. The ring antenna is small (D/λ₀=0.325), the substrate thickness is thin (H/λ₀~0.035), and the microstrip feed produces a completely planar antenna system, which is compatible with microwave and millimeter integrated circuits (MICs), and monolithic microwave integrated circuits (MMICs)