低副瓣微带天线设计

针对传统低副瓣天线工作带宽窄的问题,设计了一种应用于低副瓣天线阵列设计的新型宽带微带天线单元。通过采用H型槽耦合馈电方法,天线单元工作带宽达到11%以上。同时,为实现天线阵列的宽频带工作特性,对宽带馈电网络进行了专门设计。馈电网络采用串、并结合的馈电方式,利用阻抗变换节实现所需要的天线单元馈电幅相分布。基于所设计的天线单元和馈电网络,设计了一种基于道尔夫-切比雪夫电流分布的C波段微带天线阵,并对天线进行了加工、测试。测试结果表明,所设计的天线具有低副瓣、窄波束、高增益的特性,天线的旁瓣电平抑制大于20 dB。     

高隔离度双极化微带天线阵的设计

本文介绍了一种新型高隔离度2×2双极化微带天线阵的设计。该天线阵列采用多层贴片,H型缝隙耦合结构,馈网设计中应用错位倒相技术,获得了较高的性能。利用微波仿真软件HFSS进行仿真,结果表明天线2个端口的驻波比小于2的相对带宽均达到12.5%;在工作频带内其双端口隔离度S21高于48dB;并且2个极化端口在其对应主平面方向的交叉极化电平均低于-38dB。此天线可作为新一代多极化SAR系统天线的子阵。     

宽带微带天线阵的研究与设计

微带天线具有轻的重量、较小的体积及散射截面等特点,可设计为无线电高度表的天线。采用组阵的方式把矩形贴片单元组成宽频带,高增益的阵列天线,增加基板厚度扩展频带,良好的多枝节阻抗匹配获得较大增益。应用此结构设计四元微带天线阵,中心频率为4．3 GHz ,带宽BW＞200 M Hz ,采用等幅并联馈电的方式,通过 HFSS进行仿真优化,仿真结果显示驻波比小于2,最大增益为11．3 dB ,3 dB波束宽度约为46°。实测结果为：驻波比小于2频带扩展到4．08～4．52 GHz ,最大增益为10．33 dB ,达到设计要求。该天线阵简单的结构,良好的特性可运用到小型飞行器高度表系统中。     

24 GHz平面宽波束阵列天线设计

为满足车载毫米波雷达系统在盲区探测、防撞预警等应用场景时宽视场角的需求,设计了一款平面宽波束微带阵列天线。采用平面微带天线作为基本辐射单元组成3元阵列,提高天线增益。阵列天线采用背馈式同轴馈电,通过特定的馈电网络,使天线三个阵元的馈电功率之比为05∶1∶05,提高天线增益的同时抑制副瓣电平。并在平面天线的基础上添加寄生单元和开槽结构,进一步拓宽了天线的波束宽度,改善了天线的阻抗匹配性能。天线使用三维电磁仿真软件HFSS仿真验证,仿真结果表明该天线可工作于224～258 GHz,E面和H面3 dB波束宽度分别为49°和81°,天线最大增益为94 dB,第1副瓣电平小于-20 dB。天线整体尺寸为175 mm×119 mm×1308 mm,便于平面化应用和设备的小型化,有一定参考应用价值。     

基于SIW的宽频带喇叭天线设计

设计了一款具有宽频带高前后比的基片集成波导H面喇叭天线。该天线通过在基片集成波导喇叭的口径前端加载半圆形介质基片和半圆形金属片结构,实现了天线阻抗带宽的展宽及天线前后比的提高,此时天线整体尺寸为16λ×32λ mm。仿真结果表明,天线S11＜-10 dB的频率范围为228～282 GHz,相对带宽达到21%;在23～26 GHz的频率范围内,天线前后比始终大于13 dB,天线最大增益能够达到122 dB,且在较宽频率范围内天线增益保持稳定。相较于其他基片集成波导喇叭天线,该天线结构更加简单,具有更好的带宽、增益及前后比。     

基于 DGS 的小型化 UWB-MIMO 天线的设计

根据目前无线通信系统发展趋势,设计了一款具有高隔离度的小型化双单元超宽带(UWB)多输入多输出(MIMO)天线,整体尺寸仅为18 mm×22 mm×1 mm。该天线贴片采用刻蚀六角星的矩形结构,并在其右侧上下位置分别挖去“w”形及小矩形,实现了天线的宽带化;采用缺陷地(DGS)结构,在接地板顶端刻蚀两个半径相等的半圆形槽,实现了天线的高隔离度。仿真与实测结果基本吻合,天线最终的工作带宽为2.75～10.64 GHz(相对带宽达到117.85%),且在带宽范围内隔离度均大于22 dB,包络相关系数(ECC)小于0.015。由此,所设计的天线不仅尺寸极小、结构简单,且性能方面良好,可广泛应用于无线通信系统中。     

可扩充阵列模块自动测试系统的研制

固态有源相控阵雷达阵列天线是由多个可扩充阵列模块组成,由于模块中天线单元之间存在阵列误差、各单元幅相不一致和互耦效应的影响,需要准确测量各单元幅相值,通过校准实现天线超低副瓣性能。针对基于T/R组件的有源可扩充阵列天线系统的特性,研制自动测试系统,采用了网口控制技术、天线开放场校准技术,解决了可扩充阵列模块多通道、多参数精确测试难题,实现了最大副瓣电平为-40dB的超低副瓣天线,提高了雷达抗干扰能力和小目标检测能力。     

高增益改进型短背射天线的研究

为提高天线的增益和带宽,对传统的短背射天线进行了改进,采用抛物面代替主反射面底部的平面,用水滴型的宽带振子作为馈源进行馈电,通过CST微波工作室仿真软件仿真调整天线的结构参数实现较高的增益和带宽。仿真结果表明,该天线在中心频率处增益可达到18.65dB,在3.0～3.8GHz范围内VSWR小于2。天线效率可达83%,根据仿真结果制作实物的测试结果与仿真结果基本吻合。     

Minkowski分形阅读器天线的研究与设计

本文提出了一种用于手持式RFID系统的三层Minkowski分形阅读器天线。通过HFSS软件仿真,给出了三层Minkowski天线的回波损耗、方向图及天线增益。仿真结果表明,在2.425GHz的中心工作频率下,回波损耗为-30.22dB,带宽为100MHz。该三层Minkowski天线相比普通贴片天线具有更小的尺寸,并具有较宽的工作带宽和二维对称性,更符合RFID天线小尺寸、低功耗的要求。     

圆环阵列的互耦效应分析

互耦效应是阵列天线中确实存在并且影响天线性能的因素,所以互耦效应是阵列天线的分析和设计中必须考虑的因素.本文较为全面地分析了互耦效应对圆环阵列波束赋形的影响,涉及阵列阻抗变化、单元辐射特性变化,以及对馈电网络的影响.为了确定互耦影响下阵列各单元上激励电流分布,本文提出了一种迭代算法.仿真计算结果表明,该迭代算法对圆环阵列是有效的.通过综合考虑互耦对天线阵的各种影响,得到圆环阵列中互耦效应对波束赋形的仿真结果.     

基于新型缝隙单元的微带全向阵列天线设计

提出了一种新型串行馈电的全向缝隙阵列天线，在带状线两侧背靠背刻蚀8对圆环缝隙，在缝隙内部加载一个Y形缝隙，延长Y形缝隙的长，并在顶部刻蚀横槽，形成最终的Y-T型缝隙结构，用以提升单元辐射性能。采用遗传算法(GA)对阵列进一步优化，使其工作带宽进一步扩宽，增益有所提升。根据设计结果加工制作了天线样品，实际测试表明，天线的|S11|<-10 dB阻抗带宽为7.93% (5.56~6.02 GHz)，带宽内峰值增益均高于8.99 dBi。工作在5.8 GHz处，E面旁瓣水平低于-10.11 dB，峰值增益为9.43 dBi, 且有稳定的全向辐射性能。     

基于通信卫星的非对称圆环毫米波微带天线

针对毫米波微带天线的特点,设计了一种可用于通信卫星的天线.该天线在辐射贴片的顶部开了个渐变的缝隙并在天线体上方放置矩形槽形成耦合,从而达到展宽天线带宽的效果,在天线单元的基础上分析了该天线的阵列形式.采用基于时域有限积分算法的CST三维电磁仿真软件对该设计进行仿真,分析结果表明在设计的工作频带范围内,该天线具有较好的带宽范围和较高的增益,且结构小巧简单,具有较高实用价值.     

一种超宽带,低交叉极化,低剖面的相控阵天线单元设计

针对传统Vivaldi天线非主平面扫描时交叉极化恶化的问题,设计了一种可用于工程实际生产的超宽带天线单元对其进行优化。该天线单元利用沿辐射方向分布的尺寸渐变的金属片替代了传统Vivaldi天线指数渐变的槽线结构,工作频带约为7~16GHz,并显著改善了交叉极化。仿真结果表明,该天线在2.3倍带宽内匹配和辐射性能良好,与传统Vivaldi天线相比在D平面交叉极化优化约25dB,并具有剖面低,结构简单,易于实现等优点,可以作为宽带相控阵单元。     

平面接收阵列天线的反射测量

在微波无线能量传输(MWPT)中,接收阵列天线通常采用分布式整流将接收到的微波能量转换为直流能量,其天线单元的最大入射功率决定了整流电路的设计.然而,接收阵列天线边缘单元所能接收到的功率小,使所接整流电路阻抗发生变化,与阵列天线单元失配造成较大的反射.首先从理论上论证了随着接收天线单元输入功率的变化,接收阵列天线边缘单元的反射大于中间单元.然后设计了一个低剖面(0.05λ2)、高定向性(12.5 dBi)、高前后比(27 dB)的微带准八木天线作为探头.最后测量了10×10平面接收阵列天线连接整流电路时的反射和入射功率分布图,并计算得到反射因子(反射因子定义为到达接收阵列天线单元表面上的反射功率和入射功率的比值)分布图.实验结果与理论分析一致,该实验为提高MWPT中接收端的效率起到指导作用.     

非线性有源天线阵相位噪声的计算及测试

为了将非线性有源天线阵应用到高性能雷达和通信系统中,必须尽可能地降低非线性有源天线阵的相位噪声。首先介绍了非线性有源天线阵的拓扑结构及相位噪声模型;然后根据该模型详细推导了非线性有源天线阵相位噪声的计算公式,并对整个阵列的相位噪声进行了计算机仿真;最后搭建了1×4单元非线性有源天线阵实验系统并对其相位噪声进行了测试,测试结果与计算机仿真结果吻合;最终得出了非线性有源天线阵低相位噪声信号的产生方法。     

弱场自解耦极近距离 MIMO 天线设计

为了抑制极近距离多输入多输出(MIMO)天线单元间的强耦合,提出了一种将 MIMO 天线单元的馈电位置邻近排布在 激励天线单元电磁场弱场区的解耦方法。 其中电磁场弱场区域主要通过改变微带天线的馈电结构产生。 为了满足项目特殊需 求,首先,设计了一款边到边距离为 1 mm(0. 011λ0 ,λ0 为中心频率 3. 5 GHz 时的自由空间波长)的二单元 MIMO 天线,仿真和 实测结果表明,相比参考天线,利用该解耦方法使 MIMO 天线在工作频段内的隔离度最大改善了 42 dB。 进一步地,将改进天线 单元沿 120°分布构成一款三单元 MIMO 天线,该天线边到边最小距离仍然为 1 mm。 实验结果显示在工作频段 3. 45~ 3. 55 GHz 范围内,单元间的耦合抑制大于 30 dB;在中心频率 3. 5 GHz 处,测试的最大隔离度为 52 dB,且各天线单元的反射系数不受影 响。 值得一提的是,所提出的解耦方法与传统方法相比,在减少互耦时不需要额外的解耦电路和结构,具有良好的应用前景。     

X波段铁氧体微带环行器阵列封装设计与仿真

对一种新型的X波段瓦片式相控阵雷达中铁氧体微带环行器阵列(4×4)封装结构展开研究,设计了一种小体积、高密度的微带环行器阵列封装形式。基于HFSS三维仿真软件对该环行器阵列进行仿真,在满足其环行功能的同时,实现了环行器与天线和T/R组件的垂直互联。仿真结果表明,在8.7～12 GHz范围内,环行器阵列正向插入损耗(S12)小于0.52 dB,反向隔离度(S21)和回波损耗(S11)均大于20 dB。     

一种带状线馈电的新型宽带印刷偶极子天线

本文在分析传统微带巴伦馈电印刷偶极子天线的基础上,对天线馈电形式及辐射振子结构进行了改进设计,通过将馈电网络设计为带状线形式,并采用两面对称的辐射振子结构,提出了一种带状线馈电的新型宽带印刷偶极子天线,这类天线具有较宽的阻抗带宽(驻波小于2的带宽可做到45%以上)。这种新型带状线馈电印刷偶极子天线的馈电网络适于与天线阵的馈电网络进行一体化设计,适合于用印刷电路技术大批量生产,是大型天线阵的一种理想的辐射单元形式。     

高速动车组车载双频天线设计与布局研究

针对动车组内无线通信质量问题,在微带线的基础上运用分枝法,设计出满足高速列车车载要求的双频单极子天线。天线尺寸为23mm×36mm×1.3mm,最大增益为3.8dBi,其工作频段为2.28~2.64GHz和5.47~6.15GHz,在2.4GHz和5.8GHz频段相对带宽分别为14.6%和11.7%,覆盖ISM频段。以CRH380A型动车组内部环境为研究对象,运用CST电磁仿真软件,建立车厢内部车载天线布局仿真模型。同时,将车内传输效果与自由空间进行对比。各BSS内的天线传输系数在ISM频段内位于-20~-50dB之间,RSRP属于最优等级Ⅰ。验证了所设计天线的有效性及其布局的可靠性。研究结果对动车组车载天线设计以及车内天线布局有很好的参考价值。     

L/ku双频双极化共口径天线设计

本文提出了一种新型的用于合成孔径雷达的L/Ku共口径天线单元,L频段单元为双极化的波导背腔十字开槽天线和Ku频段天线为单极化波导缝隙阵列天线。L频段腔体高度通过“倒T”型馈电减小,每一个十字开槽天线均通过一对差分探针馈电。Ku频段缝隙阵列透过同轴探针通过波导功分器馈电。通过L频段2×2阵列和Ku频段嵌套设计的实物加工和测试,实现了阻抗带宽（VSWR<2）分别为22%的L频段双极化天线单元和8.6%的Ku频段单极化波导缝隙阵列。该设计可以应用于大型共口径阵列。