紧凑型超宽带 MIMO 天线的研究

针对当前超宽带多输入多输出(UWB-MIMO)天线存在尺寸大、隔离度低等缺陷,设计了一款紧凑型UWB-MIMO天线,天线尺寸仅有41 mm×25 mm×1.6 mm。通过扳手形微带馈线扩宽天线的带宽,在天线的接地平面上引入锯齿形和梳状电磁带隙结构以获得较高的隔离度;加载C形枝节形成陷波以抑制X波段的下行频段对超宽带系统的干扰。实验结果表明,所设计的UWB-MIMO天线的阻抗带宽为3.1～12.0 GHz,陷波频带为7.0～7.9 GHz;在整个工作带宽内,隔离度大于20 dB。设计的UWB-MIMO天线具有良好的辐射特性、稳定的增益和较低的包络相关系数(ECC<0.006),适用于UWB-MIMO系统应用。     

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。     

一种小型化频率可重构微带天线的设计

提出一种新型的小型化频率可重构微带天线.天线由1个倒L形的微带馈线、5个长宽不等的矩形贴片及1个阶梯型的接地面构成,天线整体尺寸为30 mm× 35 mm×1.6 mm.通过控制开关的状态选择相应的辐射单元,可改变表面电流分布,获得不同的工作频段,实现各个状态间的切换.该天线的10个有效工作状态可以等效覆盖1.89～1.92 GHz、2.16～2.32 GHz、2.39～2.91GHz、3.30～3.69 GHz、5.05～5.85 GHz5个不同的频段,各个状态下天线具有良好的全向特性.该天线在WLAN、Wimax、ZigBee、Bluetooth等无线通信系统中具有一定的应用价值.     

共面波导馈电的超宽带天线研究

设计了一种共面波导馈电的超宽带(UWB)天线,其阻抗带宽达到341%。所设计的天线印刷在尺寸为28mm×21mm×1.6mm,介电常数为2.65的聚四氟乙烯介质基板上。同时为了实现该天线与WLAN(5.725~5.825GHz)系统的协同工作,本文在共面波导的地面上刻蚀一个矩形槽,实现UWB与WLAN系统的兼容。利用高频结构仿真软件HFSS对影响天线性能的主要物理参数进行仿真、分析和优化,得到天线的优化尺寸。实验结果表明,该天线比传统微带贴片天线性能有了较大的提高,从而表明了利用共面波导馈电和刻蚀矩形槽的天线设计方法实现多种宽带通信系统兼容的可行性和有效性。     

一种应用于近场测试系统的小型化超宽带Vivaldi天线设计

设计了覆盖范围在2.5~11GHz的小型化超宽带Vivaldi天线,该天线用于微波暗室天线近场测试系统。采用在天线两侧开栅栏和尾部加抗流栅栏的方法,将电磁辐射能量集中到缝隙开口的方向,改善了天线的辐射特性,提高了天线的增益,并且天线的尺寸为62.5mm×46mm×1.5mm,实现了小型化。通过仿真软件HFSS对所设计天线进行定量分析,计算了天线的回波损耗、驻波比、方向图等电性能参数,仿真结果满足天线近场测试系统标准接收天线的要求。     

应用于超宽带天线的新型小型化阻带FSS设计

对传统的频率选择表面(FSS)进行研究与改进,提出了一种新型的超宽带(UWB)阻带FSS,采用新型单元结构形状,在2.5～11GHz频段内具有较好的阻带特性。并且在极大带宽的范围内实现同向反射。相比于其他同性能FSS结构,本设计FSS结构具有如下特点,尺寸小:面积与传统的FSS结构相比较能够减小一半左右;结构简单:改善了传统FSS结构复杂、多层叠加的缺点;频带宽:能够覆盖8.5 GHz频带带宽。提出的FSS结构具有广阔的应用范围,如雷达罩(通过安装FSS减少雷达散射截面积)、吸波材料和准光滤波器等,与超宽带天线组合应用,利用其阻带特性,能够减小超宽带全向天线的后向辐射,实现天线辐射的单向性,改善天线的阻抗特性,提高天线增益。     

检测GIS局部放电的小型化平面螺旋天线研究

为满足超高频检测法对天线小型化、宽频带的设计要求,设计了一种用于气体绝缘全封闭组合电器(GIS)局部放电检测的小型化平面螺旋天线。该天线是在传统阿基米德螺旋天线的基础上进行正弦波曲折化处理后,来达到小型化的目的。天线的测试结果显示在920 MHz~3 GHz频带范围内电压驻波比(VSWR)2。天线结构简单,尺寸较小,口径为97 mm,剖面高度为51 mm;具有超宽带的特性,在工作频段内方向性良好,能够实现全向辐射。最后,在实验室搭建了测试平台,将天线和外置超高频传感器进行了局放测量效果的对比,结果表明,所设计的天线特性良好,可用于GIS局部放电检测。     

CPW 馈电的高隔离度一阻带 UWB-MIMO 天线设计

针对目前超宽带多输入多输出( ultra wideband multiple-input multiple,UWB-MIMO)天线仍存在的尺寸大、端口隔离不 够高、抗干扰能力弱等缺陷,设计了一款使用共面波导馈电( coplanar waveguide feed,CPW) 馈电的小型化具有陷波特性的 UWB-MIMO 缝隙天线,通过将方形辐射贴片切角来拓宽带宽,两天线单元地板互联,并在天线单元间增加栅栏形解耦枝节来 提高天线的隔离度。 天线尺寸仅为 30 mm × 56 mm × 0. 8 mm。 此外,在方形辐射贴片上刻蚀了开口谐振环( split ring resonator,SSR)结构的 C 形槽,可滤除 WLAN 频段信号( 5. 15 ~ 5. 85 GHz)对 UWB 系统的干扰。 天线的实测结果表明,该天 线工作频段为 2. 73 ~ 10. 71 GHz,端口隔离度小于- 20 dB,包络相关系数 ECC< 0. 01。 实验结果表明该天线适用于 UWBMIMO 通信系统。     

用于GIS局部放电的树状分形超宽带天线

为检测气体绝缘开关设备(GIS)局部放电的超高频(UHF)信号,基于分形技术设计了一种超宽带小型天线。对天线的几何参数进行了优化仿真。该天线的回波损耗(S11)小于10 dB带宽为0.5~1.5 GHz(相对带宽为100%),在频带内方向性良好,能够实现全向辐射;天线具有较高增益,在0.5~1 GHz频带内方向图主瓣增益为2~4 dB;天线尺寸较小,实际尺寸为200、160、1.6 mm。搭建了模拟局部放电的实验平台,对研制的天线进行测试,结果表明,基于树状分形超宽带天线的UHF局放检测系统抗干扰能力强,可用于GIS现场局部放电检测。     

采用阶梯 T 型谐振器的双陷波 UWB 滤波器

为有效抑制印度国家卫星通信C频段和X卫星频段对超宽带通信系统的干扰,提出了一种新型双陷波超宽带滤波器。该滤波器采用阶梯T型多模谐振器(multimode resonator, MMR)与缺陷地结构(defected ground structure, DGS)的交趾耦合,实现超宽带特性。采用非对称耦合线及在MMR两侧耦合分裂环谐振器的方法,分别在6.67～7.06 GHz, 7.47～7.57 GHz两个频段内产生陷波。实测结果与仿真结果吻合较好,该滤波器的通带范围为3.03～11.50 GHz, 3 dB带宽达到123%,插入损耗仅有0.87 dB,两处陷波中心频率分别在6.87 GHz和7.52 GHz,陷波深度均大于20 dB,且整体尺寸紧凑,仅有16 mm×8 mm大小。     

CPW‐fed compact thin‐film UWB antenna with dual band‐notched characteristics

This paper presents a new compact thin‐film ultrawideband (UWB) antenna with dual band‐notched characteristics. The antenna contains a rectangular slot with a fork‐like tuning stub. To achieve the dual band‐notched characteristics, narrow and U‐shaped slots are inserted on the radiator. This antenna is printed on a Mylar film substrate of 0.3 mm thickness with a dielectric constant of 3.2. The antenna has compact dimensions of 34.5 × 27.3 mm². It operates in the frequency range 2.9–11.3 GHz with impedance matching covering the entire bandwidth and reasonable radiation properties. It also exhibits dual band‐notched characteristics. One of the notched frequencies is in the range 3.3–3.7 GHz (WiMAX band) and the other in the range 5.1–5.8 GHz (WLAN band). The antenna is designed and simulated by using the commercial IE3D software, which is based on the method of moments. The antenna was fabricated and measured using Agilent E363B PNA network analyzers. The characteristics of the fabricated antenna show high correlation with those obtained from the simulation. The results confirm that the proposed antenna can achieve notch performance for WLAN and WiMAX communication systems and is also suitable for various portable UWB applications. © 2014 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

应用于ISM频段的小型双频微带天线

针对现代无线通信系统小型化、便携式的发展趋势,提出了一种新型的应用于ISM频段的小型双频微带天线,该天线成功覆盖了部分ISM频段(433.05~434.79MHz、2.4~2.5GHz)。蜿蜒的曲流结构,使得电流分布长度增加,从而使天线尺寸成功缩小到30mm×25mm内。加载技术的应用,实现了天线的双频特征。根据天线尺寸,做出了实物并与仿真结果进行比对。测得实际带宽:低频部分(428~440.6 MHz)、高频部分(2.39~2.51GHz);实际增益:低频部分为-4.11dBi、高频部分为1.57dBi,与仿真结果基本吻合。     

用于雷达隐身设备的低 RCS 超宽带 Vivaldi 天线

为了减小雷达探测对导弹、飞机和舰船等隐身设备的威胁,设计了一款低RCS的超宽带高增益Vivaldi天线。通过分析天线在不同频率下的表面电流分布,在不影响天线辐射性能的前提下,采用一种简单有效的改变天线外形的方法,并在辐射臂两侧加载矩形加半圆形的异形结构。这种结构可以减少辐射器表面的散射,从而使单站RCS降低。测试结果表明,所提出的天线工作带宽为4.7～11 GHz,最大增益达到11 dBi,与原始天线相比,在保持良好辐射性能的同时,在工作频段范围内RCS最大缩减为18.5 dB,可以应用于低RCS的隐身系统。     

Design of smiling‐face‐shaped band‐notched UWB antenna

A novel smiling‐face‐shaped band‐notched ultra‐wideband (UWB) antenna is designed in this paper. First, antenna bandwidth is broadened by adding a pair of small semi‐circular stubs (ears) and etching a pair of symmetrical C‐shaped slots (eyes), a triangular slot (nose), and a U‐shaped slot (mouth) on the patch. Second, by adjusting the length of the ground plane and creating a stepped slot on the ground plane, antenna bandwidth covers 3–12 GHz. Third, a pair of L‐shaped slots (hands) is etched on the ground plane to create a notch, which can effectively suppress the interference signal in worldwide interoperability for microwave access (WiMAX) (3.4–3.6 GHz) and satellite C band (3.7–4.2 GHz). Lastly, the proposed antenna is fabricated and measured. The measured results indicate the proposed antenna has good performance and can be widely used in UWB systems. © 2016 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

在相同相对介电常数情况下不同厚度的微带贴片天线设计与仿真验证

微带贴片天线的基板材料的相对介电常数和介质板厚度是影响天线性能的重要因素.为了验证在相同相对介电常数的情况下,改变介质基板的不同的厚度时微带矩形贴片天线的阻抗带宽的变化,通过HFSS软件设计和仿真了工作频率为1.95 GHz的4个矩形微带贴片天线,相对介电常数均为2.2,介质基板厚度分别设计为0.8、1.6、2.4、3.2 mm,比较其各自的S参数、方向图,通过仿真结果验证了相关文献所述的对于在给定的频率下,选用相同的基板材料时,厚度增大时阻抗带宽会变大的说法.     

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。