一种新型波束可控的口径耦合天线

设计一种基于人工电磁结构（AMC）的新型口径耦合天线。对加载了AMC 结构的口径耦合天线进行仿真。 根据仿真结果,天线的工作频率为5.5GHz,辐射的波束指向21°时增益为6.4dB。文中对天线的参数进行分析,波束 的偏移角度与AMC 结构的有关。将AMC 结构变为一排,天线波束可以指向11°。根据天线单元构造1×2 的子阵, 阵列天线具有更高的增益和带宽,并可以有波束的偏移。 天线子阵工作在5.5GHz 时天线的波束指向为26°,增益 8.47dB。     

带宽极限下的宽带平面反射阵天线设计

平面反射阵是由金属贴片单元组成的二维阵列,一般用喇叭馈源进行馈电,通过谐振贴片单元的相移量补偿馈源到平面反射阵的空间相位延迟。平面反射阵天线的优势在于主波束指向灵活可控。但由于阵列单元自身的带宽限制和反射机理所致,其主要缺陷是工作带宽窄。在讨论空间相移对天线性能的影响的基础上,设计了一种相位线性变化达500°的新型反射阵单元。用该单元组阵的平面反射阵天线,其1 d B带宽达到25.3%,与传统平面阵结构的天线带宽相比,具有显著的改善。     

新型微带反射阵单元的设计及其应用

提出了一种单层的具有多谐振结构的微带反射阵单元,利用高频电磁仿真软件Ansoft HFSS对其反射相位特性进行仿真分析,获得了约430°的反射相位动态范围,并且反射相位曲线的线性度较好.根据此单元设计了一个工作在Ku波段的微带反射阵,用指数渐变槽线(Vivaldi)天线作为该反射阵的馈源.仿真结果表明:在中心频率处增益可达27.1 dB,半功率波瓣宽度均为4.96°,在12～15.5 GHz的频带内增益波动约2 dB,具有较宽的频带.将此Vivaldi天线和反射阵天线进行加工测试,得到的测试结果与仿真结果吻合较好.     

宽带缝隙堆叠贴片微带反射阵天线的研究

微带反射阵天线具有易折叠、易携带等特点,结合缝隙堆叠贴片（ASP）微带单元频带较宽的优势,能进一步展宽缝隙耦合反射阵的带宽。通过求解相位计算公式,得到反射阵表面相位分布。给出了ASP微带天线的设计参数、S参数曲线及对应ASP单元的反射相位曲线,用所设计单元组成225元反射阵模型,结果显示该模型中心频率最大增益为26.03dBi,1.5dB增益带宽为33.3%,在整个带宽内具有良好的工作性能。     

77 GHz汽车角雷达宽波束平坦增益阵列天线设计

设计了一款基于波束赋形技术的宽波束、平坦增益平面阵列天线,用于汽车角雷达系统. 该阵列天线由三个1×10串馈线阵组成,串馈线阵采用单元不等间距分布的Dolph-Chebyshev天线综合法进行设计以降低副瓣. 为了满足汽车角雷达宽视场角（field of view,FOV）的需求,对平面阵列天线采用波束赋形技术以展宽方位面的波束宽度并提高增益的平坦度. 仿真与实测结果吻合较好,实测结果表明1×10线阵副瓣电平为?19.7 dB;3×10平面阵列天线的方位面3 dB波束宽度为106.4°,方位面增益平坦度可达?45°~45°,其最大增益为11.3 dBi.     

基于MEMS开关的方向图可重构天线的设计

设计了一种波束可重构天线,以实现宽带、宽角方向图可重构设计。该天线由4组具有不同波束指向的天线子阵组成,通过6个RF-MEMS开关控制其波束指向;采用的宽带单元天线,在2.4 GHz～3.4 GHz频率范围内(相对带宽34.5%),电压驻波比小于2。馈电网络的设计采用小型化宽带阻抗变换器,减小了馈电网络尺寸,并拓展了带宽。仿真结果表明,可重构天线实现了0°,25°,40°和50°的不同波束指向,除部分频点外,4种状态天线的驻波在2.5 GHz～3.25 GHz(相对带宽26%)带宽内驻波比均小于2。     

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.     

一种低栅瓣大瞬时带宽相控阵天线的设计方法

宽带相控阵天线一般利用时延补偿技术来实现.首先分析了波束指向的偏移对相控阵天线带宽的限制.接着对子阵均匀划分、不均匀划分、部分相位加权等方法进行了全面分析和阐述.相位的确定是通过遗传算法实现的.证明了采用这些方法,阵列的栅瓣、波束指向偏移都有较大抑制,带宽相应增加,为宽带相控阵天线的设计提供了参考价值.     

一种介质埋藏异形微带八木天线的设计

为达到某重点项目性能要求,综合运用微带天线、八木天线和介质埋藏天线理论及设计方法,设计出了一种介质埋藏异形微带八木天线. 该天线将传统八木天线的引向振子由一个改变为两个,形成“￥”形,用来规划波束方向和形成双波束;在天线贴片两旁增加“栅栏”,聚集了电磁波的辐射,提高了天线增益,同时还获得了较大的相对阻抗带宽. 测试表明:在Ku频段的一中心频率上,其绝对带宽为1.9 GHz,最大增益为3.92 dB;在E面具有两个主波瓣,θ=15°处波瓣宽度为11°,θ=347°处波瓣宽度为10°. 所设计天线在性能和功能上均满足项目需求,对该项目中信号的接收和发射起到了关键作用. 此外,该天线在其他通信、侦察和干扰等场合也具有广阔的应用价值.     

一种波束扫描固态等离子体超表面的设计

为了实现空间中波束的动态扫描,设计了一款基于固态等离子体的超表面。采用阵列单元相位曲线拼接的技术,通过拼接介质基板厚度不同的阵列单元的相位曲线来实现0°~360°的相位补偿,并用数值插值的方式建立超表面参变量与相位补偿角之间的映射。结果表明,超表面的反射主波束方向θ分别为15°,25°和30°,计算结果与设计相符合,通过改变固态等离子体的激励区域来重构阵列单元,实现了空间中波束在θ为15°,25°和30°时的动态扫描。此反射型超表面阵列单元的普适性设计方法,降低了阵列单元的设计难度,并通过固态等离子体的可调谐特性实现了空间波束扫描超表面的设计。     

Novel Broadband Reflectarray Antenna with Two-Type Elements for Millimeter-Wave Application

A novel broadband millimeter-wave microstrip reflectarray antenna with square-annular patches and combined patches has been presented, aiming to solve the problem of how to obtain a full 360° range of phase shifts for single-layer. The choice of these two-type elements can make the phase shift smoother and increased up to 360°, leading to broader bandwidth. Based on this technique, a single-layer microstrip reflectarray antenna operating at 94 GHz has been designed. The computed results demonstrate the agreement of the main beam steering with the design requirement, and a 1-dB gain bandwidth close to 10% is obtained. The simulation results verify the feasibility of this design.     

Novel Broadband Reflectarray Antenna with Windmill-Shaped Elements for Millimeter-Wave Application

A novel broadband millimeter-wave reflectarray antenna composed of windmill-shaped elements of variable lengths is proposed. Compared to the conventional single-layer reflectarray elements, the windmill-shaped elements can realize much larger phase variation range (over 600°), leading to broader bandwidth. Using this technique, a 15°-beam-steering reflectarray operating at 30 GHz is designed. The computed results demonstrate the agreement of the main beam steering with the design requirement, and a 1-dB gain bandwidth close to 20% is obtained. The validity of the obtained results is verified by comparing the ones generated by Ansoft High Frequency Structure Simulator (HFSS) with those produced by Ansoft Designer. The antenna is useful for millimeter-wave applications.     

波束扫描反射阵列天线偏焦特性

针对波束扫描反射阵列天线在大角度扫描时增益下降及方向图恶化等问题,提出通过馈源偏焦来改善反射阵列天线的扫描性能。采用方形贴片结构设计了一款工作在X频段的反射阵列天线。研究馈源在15°,30°,45°扫描角的纵向偏焦以及10°,20°和30°扫描角的横向偏焦对波束扫描反射阵列天线性能的影响。测试结果显示,在扫描角度较小时,横向偏焦引起波束指向的改变,波束宽度变化不大。减小馈源纵向偏焦尺寸,旁瓣电平减小,中心频率处的增益提高,尤其是在较大的扫描角度时效果更加明显,有利于提高波束扫描反射阵列天线的大角度扫描能力。     

Development of bandwidth-enhanced X–Ku band reflectarray antenna using a novel design strategy

This paper reports the development of a reflectarray (RA) antenna using overlapping tri-resonance phase distribution to produce enhanced bandwidth performance in X/Ku band frequencies. The RA with square aperture (24 cm) operating from 11 to 15.8 GHz is constructed using unit cells with concentric Malta cross and square ring developed on Diclad substrate isolated from the ground through a 2.5-mm air layer. Variation in the concentric element's size along with the length of the delay line connected to the square ring offers a 518° phase range. The distribution of the 529 RA elements is done using the phase variations observed at 12, 13, and 14 GHz. The optimized design of the proposed antenna offers a simulated peak gain of 27.43 dBi at 12 GHz and a 1-dB gain bandwidth of 38%. The experimental validation of the fabricated prototype exhibits a peak gain of 27.4 dBi at 12 GHz with a sidelobe level (SLL), and cross-polarization level less than −15.6 dB, and −28 dB respectively, and a 1-dB gain bandwidth of 37%. The enhanced performance characteristics of the proposed X/Ku wideband reflectarray antenna befit the uplink and downlink operations of fixed satellite services (FSS).     

一种新型双频双圆极化多波束天线的设计

设计了一种双频双圆极化多波束天线, 同时设计了工作在L 和S 两个频段的4×4 微带Butler 矩阵,采用该矩阵作为多波束天线的馈电网络,从而实现波束切换。为减小天线安装口径面积,垂直于天线阵面安装Butler矩阵,对整个系统进行仿真优化并进行驻波和方向图测试,结果表明:该多波束天线具有较低的插损且可以实现天线法线±60°范围内增益大于5dB 的波束覆盖,适用于要求高增益大角度覆盖的通信系统。     

应用于毫米波段的宽带波束调控超表面设计

毫米波段因其较高的数据传输速率和较大的容量而备受关注。为满足现代通信系统对宽带、波束偏转和高辐射效率等天线需求，本文提出了一种工作在88.5～94.6 GHz频带范围内的石墨烯-金属复合结构超表面。该超表面通过调节石墨烯的费米能级，对超表面单元的反射相位进行实时调控编码。调整金属层结构尺寸，可以调制不同编码状态下超表面单元的相位、幅度响应以及编码频段范围。经优化设计，在石墨烯费米能级分别为0 eV和1 eV时，编码超表面单元在88.5～94.6 GHz的宽频带内具有180°±20°的反射相位差，并且反射幅度均大于0.7。利用该单元设计了7×7的超表面，通过合理排布编码单元，可对毫米波段波束进行偏转和多波束切换等动态调控。实验结果显示，单波束最大偏转角度可达105°(-55°～50°),且可实现1～5个波束的切换。该超表面为多功能天线设计提供了新的解决方案，在高速无线局域网、车载雷达、卫星通信等领域具有潜在的应用价值，对毫米波段通信技术的发展具有重要意义。     

采用新型馈电结构的双频宽带导航天线设计

基于新馈电结构,设计了一款覆盖全球四大卫星导航系统的双频宽带贴片天线。采用了一种四分八馈电线路,以8个同轴馈电探针两两相连的方式将两路天线馈电信号合为一路,有效简化了馈电网络的复杂性,同时保证了天线辐射的增益、带宽和轴比性能。该双频辐射贴片单元采用正八边形层叠式结构设计,并在每个天线单元边缘对称添加两组矩形调谐单元,有效增加了天线辐射的波束带宽。该双频天线单元在高频1.482~1.617 GHz（波束带宽155 MHz）和低频1.191~1.252 GHz(波束带宽61 MHz）频段范围内,都能保证良好的辐射增益;高低频的3 dB轴比带宽为-130°~130°,具备良好的圆极化性能。经实物样机对比测试分析,实测结果与仿真结果基本吻合。     

基于光学变换的平面龙伯透镜天线

龙伯透镜天线具有高增益、低副瓣和宽带特性,可以实现多波束,进行大角度扫描等优点,主要应用于卫星通信、电子对抗等领域。但因其体积大、重量大和球形结构不易固定等缺点,在实际应用中受到很大的限制。本文基于光学变换原理设计了一种新型的全介质平面龙伯透镜天线,半径为60 mm,厚度为20 mm,在15 GHz时,天线增益为23 dB,半功率波束宽度为12°,第一副瓣电平低于-23 dB。同时设计了平面和圆弧馈源阵列,在70°范围内实现了较好的多波束覆盖。     

Peano分形加载单极子辐射性能的研究

对有限地板尺寸和介质填充情况下Peano分形加载单极子天线的辐射特性进行了研究.利用HFSS分析了地板尺寸和填充介质材料对天线反射系数、辐射方向图和增益的影响.仿真表明:随着地板尺寸的减小,天线的阻抗带宽和增益明显减小,H面方向图变化不大,而E面方向图的半功率波束宽度增大,波束仰角减小;填充材料的介电常数过大会导致天线性能的恶化.在分析研究的基础上,设计并研制了地板尺寸为220mm×220mm的一阶和二阶Peano分形加载单极子天线.天线分别实现了45°和36°的波束仰角,50°和45°的半功率波束宽度.仿真与实测结果均表明凋节地板尺寸是控制Peano分形加载单极子天线E面半功率波束宽度和波束仰角的一种简单而有效的方法.     

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°.