基于电磁超表面的宽角扫描相控阵天线

提出了一种基于电磁超表面的宽角扫描相控阵天线设计。其工作频率为19.6~21.2 GHz,扫描角度为二维±60°,相控阵天线单元为介质加载的波导口形式。为改善该相控阵的宽角匹配和辐射特性,用基于PCB工艺的电磁超表面替换常规的介质锥匹配结构。相控阵天线单元的仿真结果表明,超表面相控阵天线的有源反射系数更低。小规模阵列辐射特性的仿真结果表明,在±60°扫描角度范围内,超表面相控阵的最低增益相比常规相控阵提升了0.6 dB。中等规模阵列辐射特性的实测结果表明,常规相控阵在0°方位面扫描到60°时,辐射方向图会发生较大变形,天线辐射增益明显下降,而超表面相控阵的方向图仍保持完好,天线增益下降明显改善。上述仿真和实测结果证明,电磁超表面技术在改善相控阵天线宽角扫描特性方面可以发挥重要作用。     

一种新型扇形环状频率选择表面的设计

通过在矩形环为基本单元结构的基础之上设计了一种新型双频双极化低通高阻型频率选择表面（Frequency Selective Surface,FSS）。此结构将普通矩形环的每条边顺时针延长,再沿贴片的四周开槽矩形孔径后两边加载介质板的多层结构,实现了Ka波段带通、W波段带阻的空间滤波特性。经过电磁仿真软件HFSS的仿真与优化,所设计的新型扇形环状FSS结构在35GHz谐振频率处,插损为0.02dB,-0.5dB通带衰减带宽为5.85GHz;在94GHz谐振频率处,反射系数为-54.57dB,-20dB阻带带宽为4.29GHz,且在入射角0°~30°范围内具有良好的极化稳定性和角度不敏感性。     

双层FSS结构电性能研究

提出了一种研究不同栅格及单元外形并有介质加载的双层频率选择表面(FSS)电性能的理论分析方法.通过确定双层FSS之间介质内传输波和反射波分别对相应的FSS具有周期性而得到矢量Floquet传输模和衰减模表达形式,应用切向电磁场边界条件推导出一组耦合积分方程,利用矩量法求解得到结构的电磁特性.以Y形缝隙作为FSS谐振单元,计算结果表明,双层FSS结构通过层间电磁场衰减模的耦合能够修正频率响应曲线,电性能较单层有很大的改善.     

一种基于超介质覆层加载的LTE天线设计

将弧形微带线、圆形开口谐振环和方型DGS(Defected Ground Structure)组建了一种平面微带型超介质单元,该单元在微波频段内具有等效介电常数和等效磁导率均小于0的特性。同时在双层贴片与接地板之间利用短路针加载技术,设计了一种结构简单的普通微带天线。MATLAB和HFSS软件仿真结果表明,设计的平面型超介质单元在1~10 GHz频段内具有多个等效介电常数和等效磁导率均小于0的频段。将由超介质单元构成的覆层加载到天线辐射贴片前方,构建一种工作频段完全覆盖1.92~1.98 GHz,2.11~2.17 GHz的LTE(Long Term Evolution)超介质天线。仿真结果表明,加载超介质覆层后微带天线的工作频段分别扩展为1.91~2.05 GHz、2.09~2.19 GHz频段,增益也提高了至少2 dB。     

加载渐变周期结构的Vivaldi 天线

为提高原始Vivaldi 天线在工作带宽内的增益,设计了一种加载渐变周期结构的Vivaldi 天线。渐变周期结构是等距周期排列的金属贴片,电磁能量通过激励振子向引向振子方向传输,从而提高天线增益。仿真结果表明,加载周期结构的Vivaldi 天线在6 ~16 GHz 频段范围内增益提高2. 1 dB。Vivaldi 天线通过采用对称周期结构进行再优化,天线在12 ~14 GHz 频段范围内,S11 参数最大陷波深度提高8. 7 dB,增益提高1. 6 dB。最后对天线进行实物加工并测试,结果验证了设计的有效性。     

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.     

基于电容加载的圆环缝隙频率选择表面研究

 介绍了一种新型小型化频率选择表面（FSS）,在圆环缝隙周期单元表面加载电容以缩小FSS尺寸,并引入法拉第笼结构以消除单元间的干扰. 对这种加载FSS进行了数值仿真和分析,提出了一种适用于1~4GHz频段的电容加载FSS谐振频率经验计算式,并在此基础上设计研制了谐振频率为2.45GHz的加载FSS,其物理尺寸仅为传统FSS的百分之三十四,仿真和实测结果表明该FSS具有谐振频率稳定、对入射波入射角不敏感、对TE、TM极化一致性好等优点.     

一种毫米波宽角扫描Vivaldi 天线设计

设计了一种工作于毫米波段的金属Vivaldi 天线,天线宽带扫描性能优异。天线结构利用Vivaldi 作为辐射单元,将其集成到带状线耦合的馈电基板上,馈电网络与辐射天线结构相对独立,便于加工。通过仿真得到:在27. 2 GHz ~46. 0 GHz 范围内VSWR<2;在27. 5 GHz ~42. 2 GHz 频段内,天线驻波比在E 面和H 面45毅扫描范围内满足小于2 的匹配特性。文中利用设置周期性边界条件的方法优化天线尺寸并仿真分析天线参数对扫描带宽的影响。通过驻波比、交叉极化、天线增益的仿真分析天线性能。     

一种低剖面紧耦合超宽带天线设计

设计一种新型紧耦合天线阵列(TCA)。该阵列单元采用平面蝶形偶极子,利用单元之间的耦合效应以达到展宽天线频带的效果。通过在天线阵列与导体接地板之间加载阻性频率选择表面(RFSS)来抑制导体接地板对天线造成的短路点,进一步增加阻抗匹配带宽。本文设计寄生层以代替传统的介质板宽角匹配层,大大降低天线的剖面高度及质量,改善阵列的扫描特性。仿真实验结果表明：设计的紧耦合阵列在1.5~14 GHz频带内有良好的阻抗匹配(电压驻波比(VSWR)<2),可实现E面、H面45°宽角扫描。     

一种高增益Vivaldi超宽带天线

传统的Vivaldi天线具有超宽带优点,但存在定向性较差,且在工作频带的两端增益下降严重的问题。文中提出了一种高增益的Vivaldi天线,通过对传统微带线馈电结构的Vivaldi超宽带天线加载零折射率超常介质和轴向边缘梳状结构的矩形槽缝结构,提高了天线在整个工作频段内的增益。对所提出的天线进行了设计、优化和仿真分析,并制作天线样品,仿真和测试结果吻合良好。测试与仿真结果表明,在4~11 GHz的工作频段内,天线的回波损耗优于-10 dB;与传统Vivaldi天线相比,在整个工作频段内天线增益均有所提高,其中在工作频率的低端(4~6 GHz)天线增益提高2.5 dB,高端(9~11 GHz)增益提高1.5 dB。     

一种超宽带、大扫描角Vivaldi天线阵列

设计并加工测试了一款双面Vivaldi天线.通过结构优化, 提高了馈电效率和阻抗带宽, 并在组阵后显著降低了阵元间的互耦.实测结果表明该天线可以实现在2~8 GHz的频带内回波损耗(Return Loss, RL)小于-10 dB, 平均增益大于5 dBi.并采用“交错排列”的思路, 将所设计的双面Vivaldi天线组成超宽带阵列.此种方式可以有效解决天线尺寸和最佳阵列间距之间的矛盾, 进而抑制栅瓣, 增大波束扫描角范围.仿真分析表明, 在4~6 GHz时, E面交错阵列比普通一维阵列的扫描角范围提高20°左右.     

Spatial demultiplexing in the submillimeter wave band using multilayer free-standing frequency selective surfaces

In this paper, we show that a multilayer freestanding slot array can be designed to give an insertion loss which is significantly lower than the value obtainable from a conventional dielectric backed printed frequency selective surface (FSS). This increase in filter efficiency is highlighted by comparing the performance of two structures designed to provide frequency selective beamsplitting in the quasioptical feed train of a submillimeter wave space borne radiometer. A two layer substrateless FSS providing more than 20 dB of isolation between the bands 316.5-325.5 GHz and 349.5-358.5 GHz, gives an insertion loss of 0.6 dB when the filter is orientated at 45/spl deg/ incidence in the TM plane, whereas the loss exhibited by a conventional printed FSS is in excess of 2 dB. A similar frequency response can be obtained in the TE plane, but here a triple screen structure is required and the conductor loss is shown to be comparable to the absorption loss of a dielectric backed FSS. Experimental devices have been fabricated using a precision micromachining technique. Transmission measurements performed in the range 250-360 GHz are in good agreement with the simulated spectral performance of the individual periodic screens and the two multilayer freestanding FSS structures.     

一种小型化的对跖Vivaldi天线设计

基于对宽带宽覆盖角天线的需求,设计了一种工作于9~11 GHz的小型化对跖Vivaldi天线。在天线开口末端加入矩形引向器,以获得良好宽带匹配效果。利用HFSS软件进行结构优化,得到天线的具体参数,由此加工和测试带引向器的对跖Vivaldi天线。通过仿真和实测得到,在9~12 GHz频带内回波损耗小于-15 dB,在-10 dB以下的带宽为6.9~14 GHz。同时,通带内3 dB波束宽度实现±30°的扫描范围。此时天线的尺寸仅为15 mm?16 mm?0.762 mm,是一种宽带宽覆盖角的小型化天线。     

5G毫米波有源阵列封装天线技术研究

提出了一种5G毫米波有源阵列封装天线.该阵列由8×16个微带天线单元组成,通过耦合式差分馈电,天线实现了宽带匹配和方向图高度对称特性.通过对天线与芯片进行合理布局,减小了芯片射频端口到天线子阵的馈电线损,提高了有源阵列天线的整体效率.测试结果表明,该阵列天线在工作频段为24.25～27.5 GHz的等效全向辐射功率(E...     

A low-cost 8 to 26.5 GHz phased array antenna using a piezoelectrictransducer controlled phase shifter

A new phased array antenna of wide bandwidth and good beam scanning angle has been developed using a low cost multiline phase shifter controlled by a piezoelectric transducer (PET) and a stripline fed Vivaldi antenna array. The multiline progressive PET phase shifter has a low perturbation loss of less than 2 dB and a total loss of less than 4 dB up to 40 GHz with a maximum phase shift of 480°. The proposed phased array antenna consists of four E- or H-plane Vivaldi antennas, a PET phase shifter, and a power divider. The phased array shows a wide beam scanning capability of ±27° over a wide bandwidth from 8 to 26.5 GHz covering X, Ku, and K bands     

基于FSS 的双频高增益微带天线

设计并制作了一种基于双屏FSS(Frequency Selective Surface)部分反射表面的双频高增益微带天线。该FSS 结构是在介质板上下表面分别刻蚀两条方环形金属带,通过调节金属带的宽度,实现频比(Frequency Ratio,FR)达到2 的双频谐振,且在5. 12 ~5. 31GHz 和10. 08 ~10.84GHz 频带内反射相位曲线斜率为正(一般的为负),反射系数模值都在0. 86 和0. 82 以上。将FSS 以覆层的形式放置于双频微带天线上方,相当于增加了双频天线的辐射口径面积,有效改善天线的辐射性能。仿真和实测结果表明:与原始双频微带天线相比,加载双频FSS 覆层后,新天线的增益得到了提高,在5.22GHz 和10. 43GHz 处,天线鼻锥方向增益分别提高了4. 8dB 和5. 1dB。     

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。     

一种低剖面宽带二维宽角扫描圆极化阵列天线

针对现有圆极化平面阵列的扫描角受限和三维宽角扫描阵列体积大的问题,设计了一种基于阵因子方向图和单元因子方向图互补的低剖面宽角扫描圆极化阵列天线.该阵列单元采用新型圆极化正交偶极子天线,并由其组成多个圆环子阵,每一子阵内单元的法向均偏离阵列法向一个固定倾角并等间距排布在"涟漪"状金属地板上.这种阵列排布方式使得在主波束扫描至大角度时天线单元因子增益可以补偿阵因子的增益下降.设计的一个64元阵列天线的实测结果表明:在8~9 GHz工作带宽内,且波束扫描覆盖0°~±62°,各阵元的有源驻波比均小于2.1,中心频点扫描增益起伏小于1.71 dB,扫描波束的圆极化轴比小于2 dB.     

频率选择表面谐振特性在玻璃钢结构吸波材料中的应用研究

研究了频率选择表面(FSS)的谐振特性对玻璃钢(FRP)结构吸波材料吸波特性的补偿提高作用。为了提高FRP在8~11 GHz频段内的吸波特性,利用有限元法仿真设计了圆环孔径型以及双方环贴片型两种不同图形样式的FSS,并用自由空间法对其谐振特性进行了测试,最后利用FSS谐振特性对FRP在8~11 GHz频段内的吸波特性进行了补偿优化。结果表明,利用FSS在对应频段内的谐振特性,能够将FRP在8~11 GHz频段内的反射率全频段降至–10 dB以下,从而大幅度提高了FRP的雷达吸波特性。这为玻璃钢结构吸波材料的隐身化研究开辟了一条新的途径。