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。     

S型缝隙毫米波微带天线

提出了一种加载S型缝隙的方形切角毫米波微带天线。该天线的辐射贴片采用方形切角,在贴片中央进行非对称S型缝隙开槽,实现了双频点圆极化。在接地板上进行阶跃型缝隙开槽,改变了微带天线的辐射特性及阻抗特性。同时采用加载调谐支节的耦合馈电方式,实现了微带贴片天线频带的展宽。     

一种新型双频微带天线的设计与仿真

本文研究了一种新型结构的可同时工作在S/X波段的双频微带贴片天线.该天线的S波段单元和X波段单元印制在同一层介质基板上,S波段单元是一在边长40 mm方形贴片内对称开出4个边长12 mm方形槽的"田"字形贴片天线,4个边长为8 mm的方形贴片对应布置于"田"字形贴片槽内.这种结构可以实现天线的孔径复用,有利于减小天线的尺寸重量,便于设计制造.最后借助Ansoft 公司的Designer仿真软件对此天线进行仿真计算,讨论了两种情况下天线的辐射特性.     

基于液晶聚合物基片的柔性双频天线

设计了一种以液晶聚合物(LCP)为介质基板的柔性双频天线,该天线由带U型窄槽的圆形贴片组成,通过调节U型槽的位置及尺寸,实现了双频带的工作特性。为进一步改善天线的阻抗匹配特性,天线的馈线部分采用了渐变结构。该天线采用了共面波导的馈电方式,具有良好的共面性、易于与载体共形等优点。实测结果表明,当回波损耗小于-10 dB时,天线的阻抗带宽为1. 57 GHz^5. 52 GHz和6. 13 GHz^9. 97 GHz,适用于WLAN/WiMAX/5G/卫星通信系统。由于柔性材料具有可弯曲的特性,对天线的弯曲性能进行了分析,结果表明弯曲状态下天线的特性几乎不受影响,满足实际工程应用。     

一种紧凑型三陷波 UWB-MIMO 天线的设计

提出了一种紧凑型的三陷波超宽带多输入多输出(ultra wideband multiple-input multiple,UWB-MIMO)天线,将半圆形与 正六边形结合作为辐射贴片,接地板引入带“梳子”缝隙状 T 型枝节来实现较高的隔离度,天线尺寸为 36 mm×18 mm×1. 6 mm。 通过在辐射贴片上刻蚀倒“Ω” 形槽,在馈线上刻蚀类“U” 形槽以及贴片旁引入类“U” 形枝节的方式实现 WiMAX( 3. 3 ~ 3. 6 GHz)、WLAN 部分频段(5. 725~ 5. 825 GHz)和 X 波段下行频率(7. 25 ~ 7. 75 GHz) 3 个频段的陷波。 仿真与实测结果均表 明,该 UWB-MIMO 天线的工作带宽为 1. 9 ~ 10. 6 GHz,相对带宽达到 139%,3 个陷波频段为 2. 9 ~ 3. 7 GHz、5. 6 ~ 6. 0 GHz 和 7. 05~ 7. 76 GHz,且隔离度大于 20 dB,包络相关系数 ECC<0. 003,说明天线在各方面特性良好,可以满足 UWB-MIMO 天线的 要求。     

一种基于方向图重构机制的宽带宽视角相控阵天线

本文提出了一款风车形方向图可重构单元及其作为阵元的二维平面宽带宽视角扫描相控阵天线。所提出的单馈方向图可重构单元天线由辐射贴片、直流偏置电路以及宽带人工磁导体(Artificial Magnetic Conductor, AMC)反射面构成。其中,辐射贴片为馈电结构可重构的四个Vivaldi缝隙组成的风车形贴片,它能够通过改变PIN二极管的通断以实现宽带内四个端射方向上的波束切换。此外,将AMC反射面加载于辐射结构的后端,使得最大辐射方向由原来的端射方向调整为准端射方向,这样有利于单元天线组阵后的扫描波束能够覆盖到侧射方向。对该天线单元及其构建的8×8均匀平面相控阵天线进行了仿真与分析。仿真结果显示,所设计的阵列天线同时具备了宽带宽视角二维波束扫描性能,其在5.4 ~ 6.1 GHz的工作频带内可以实现±60°范围内的二维波束扫描。同时,阵列的增益波动小于4.3 dB,并且具有较低的旁瓣电平。     

用于复杂电磁环境的能量收集表面

用于在多频带、极化方式多样、宽入射角度的复杂电磁环境中有效收集电磁能量,提出了一个超材料单元,它由8个开口谐振环并按照正八边形排列,内部添加一个正八边形的寄生贴片.8个相同的开口谐振环经旋转排列,结合内部的寄生贴片形成中心对称结构,设计了一种新颖的电磁能量收集表面,具有多频、宽入射角度、极化不敏感的工作特性.使用微波仿真软件CST对组成该电磁能量收集表面的超材料单元的结构尺寸进行了分析和优化,对垂直入射的电磁波的电磁能量收集效率、单元上的能量分布以及S参数进行了研究.仿真结果表明,当电磁波垂直入射时,在5.75、6.5、6.84、7.56、7.98、8.55 GHz 6个频点处分别达到82％、79％、61％、71％、70％、73％的最大收集效率;在0°～60°以20°为间隔的斜入射下,该表面对TE波和TM波都可以保持有效的收集效率.     

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。     

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.     

一种平面小型化超宽带天线的设计

提出了1款小型化单极子超宽带天线。该天线印刷在厚度h=1.0mm,介电常数εr=4.4的FR-4环氧树脂介质板上,主要由类似矩形辐射面、阶梯型接地面组成,总尺寸为33mm×28mm×1mm,满足小型化的设计要求。天线具有3.1～12.5GHz的可用超宽工作带宽(相对带宽达到120.5%)、良好的全向辐射特性、较高的增益和较小的群延时。同时,为了抑制来自全球微波互联接入系统(Wimax,3.3～3.6GHz)或无线局域网系统(WLAN,5.15～5.35GHz,5.75～5.825GHz)的干扰,利用在矩形辐射单元上蚀刻不同长度的C型槽的方法,使天线分别在频谱3.16～3.93GHz或5.11～5.89GHz上具有带陷特性。另外,文中给出了超宽带辐射单元尺寸和陷波槽总长度的估算方法。     

The design of linear and circular polarization for dual band microstrip slot antenna

This paper presents a lightweight antenna for wireless communication systems. The proposed antenna has been designed to be a dual‐band and dual‐polarized antenna by using a right‐angled slot structure fed a by microstrip line. The designed antenna is composed of three right‐angled slot radiators on the ground plane. The first two radiators are right‐angled slots of similar scale which are added to generate circular polarization at 4.95 GHz, while the last one has been designed for linear polarization at 2.45 GHz. Furthermore, in order to achieve dual‐band operation and dual polarization with good matching, a special arrangement is proposed. The results of simulation and measurements such as return loss, axial ratio, and radiation patterns are shown at the resonant frequencies of 2.45 and 4.95 GHz. Details of the experimental results are presented and discussed. In addition, the presented antenna can operate and cover the applications of a wireless local area network (WLAN IEEE 802.11 a/b/g/j/n). © 2014 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

基于特高频法检测电气设备局部放电的改进Vivaldi天线

为提高检测变电站电气设备局部放电产生的特高频(UHF)信号的有效性,基于超宽带渐变槽线天线理论,在传统Vivaldi天线的侧边增加渐变槽线和谐振腔后,通过仿真及实测发现,改进后的天线工作频段由1.2~3GHz扩展至0.5~3GHz。同时提高了天线的指向性,而保持工作频段上天线相位中心不变。改进后的天线在工作频段上具有更高的增益和灵敏度,在2GHz时增益达到7.9d Bi,平均灵敏度大于12mm。为验证所设计天线效果,在实验室搭建了基于预制缺陷变压器的试验平台,结果表明所设计的天线可以有效检测到局部放电的UHF信号。与传统Vivaldi天线、加脊TEM喇叭天线和螺旋天线相比,改进Vivaldi天线检测灵敏度较高,脉冲时域响应特性更好,利于进一步的信号分析。     

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。     

宽带多谐振偶极子天线设计

根据目前无线通信系统发展小型化与宽带化的趋势,设计了一款具有多谐振点的宽带偶极子辐射天线。首先通过特征模理论分析倒T型导体结构得到两个谐振模式;然后在不影响倒T型导体结构谐振特性的前提下,引入寄生谐振偶极子单元;最后在3个谐振模式的电流共同最大处添加集总端口,同时激励3个谐振模式,得到3个谐振点的宽带谐振天线。天线的仿真与实测结果基本吻合,最终的工作带宽为1.8～2.56 GHz (相对带宽为34.9%)。由此,所设计的天线不仅结构简单,且性能方面良好,可广泛应用于无线通信系统中。     

基于HFSS的Hilbert分形天线分导线段设计

对采集变压器局部放电超高频信号的四阶Hilbert分形天线进行重新建模和设计,以达到更好的效果。首先分析天线的三种导线段在采集信号过程中的作用,并以导线段为单元,基于HFSS对天线重新建立模型,将三种导线段长度、介质厚度、介电常数和导线宽度六个变量应用SNLP算法优化。优化结果显示,0.3 GHz~3 GHz超高频范围内,谐振频率点达到四个,并将0.3 GHz~1 GHz范围内的通频带拓宽整合为超过500 MHz宽带,1 GHz以上的三个通频带也均超过450 MHz,且方向性良好,增益参数也有了很大程度的改善。所述特性经过试验验证。天线尺寸较小,可以置于变压器箱体内,能很好地应用于油浸式变压器局部放电超高频信号的采集。     

L波段多频微带天线设计

为了实现在L波段激励起多个谐振点,并利用各个谐振点尖锐的选择性以提高系统的抗干扰性,采用在圆形辐射贴片上开圆环形缝隙,同时加载2个短路片的设计方法,设计一款工作于L波段的多频微带天线.通过3维电磁仿真工具HFSS进行实验,其结果表明:当两个短路片的夹角为90°正交,而且馈电点距离圆心的距离为25 mm时,天线产生3个谐振频点:1.3、1.53、1.67 GHz;低频点与高频点的频差可达370 MHz.这种多频点天线适合于跳频与多频通信系统,而且其高度只有1 mm,符合平面化应用的需求.     

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。     

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.     

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.