基于渐变折射率超表面的宽带高增益端射天线

提出了一种基于渐变折射率调制超表面的紧凑、宽带化、高定向性端射天线。该天线采用阶梯微带线-槽线结构作为馈线、准八木天线作为馈源、所设计渐变折射率超表面作为寄生结构,既可实现天线带宽拓展,又具有增益提升效果。仿真结果表明,天线可以在紧凑化尺寸情况下(尺寸为0.644λ₀×0.729λ₀×0.017λ₀,λ₀为中心频点所对应的自由空间波长),实现3.66～9.13 GHz频带内的良好阻抗匹配,相对带宽为85.5%,同时,在宽频带范围内,天线的增益浮动在4.78～8.81 dBi,且具有良好稳定的辐射特性。所提出的紧凑、宽带高定向性端射天线可以应用于空间受限的走廊、隧道等平台环境中。     

一种低剖面的宽带双极化超表面天线

提出了一种低剖面的宽带双极化超表面天线。天线由正交微带线馈电,通过方形驱动贴片激励上层超表面层。该超表面由4×4的方形贴片构成。当垂直/水平极化端口激励时,超表面天线工作在TM₁₀/TM₀₁和反向TM₂₀/TM₀₂模。为了拓展天线的带宽,在超表面上额外刻蚀了4条较宽的缝隙,并在驱动贴片两侧加载了2个寄生条带。此外,将微带线略偏移馈电边的中心,以提高天线的隔离度。天线剖面仅为0.065λ₀(λ₀为中心频率在真空中的波长)。加工和测试了天线样品,测试结果表明,天线的反射系数|S₁₁|<-10 dB带宽为43.8%(8.76～13.74 GHz),带内隔离度大于16.8 dB,增益在5.5～9.2 dBi范围,交叉极化为-14.4 dB。考虑加工误差后,仿真结果与测试值较为吻合。     

基于多模谐振的低剖面宽带贴片天线

为了增加贴片天线的工作带宽和改善其辐射特性,提出了一种基于多模谐振的低剖面贴片天线。通过在矩形贴片的非辐射边加载短路壁降低H面的高交叉极化,在贴片下方加载短路销钉提高TM_1/2,0模式的谐振频率（f_1/2,0）;然后在TM_3/2,0模式的零电流位置处切割一个矩形缝隙来激发辐射缝隙模式（TM_RS）,得到低剖面、宽频带和低交叉极化的三模谐振贴片天线;最后通过增加贴片宽度和调整天线结构,降低TM_1/2,2模式的频率（f _1/2,2）,实现了四模谐振。仿真和实测结果表明该四模谐振贴片天线在0.03λ₀的厚度下可将带宽增加到21.7% (2.67～3.32 GHz).     

低交叉极化水平的宽带滤波贴片天线

提出了一种低交叉极化水平的宽带贴片滤波天线。在层叠式贴片与金属大地之间插入一对1/4波长短路谐振器,天线的通带内可出现3个反射零点,实现了拓展天线工作带宽的效果。在通带的高端出现两个反射零点,提高了天线的高端带外抑制水平。该天线与传统的微带贴片天线相比,具有宽频带、高增益、低交叉水平以及高端频率选择性的优势。为验证理论预期的可实现性,设计了中心频率在3.5 GHz的天线案例。仿真结果表明,该天线的剖面高度为0.1λ0,10 d B匹配带宽为22%,增益为8.4 dBi,交叉极化小于-30 dB。     

基于特征模分析的超表面天线小型化设计

将超表面结构作为天线的辐射单元,可以降低天线剖面,拓展其带宽,并改善其辐射性能。特征模分析的方法可以用来揭示超表面天线的小型化机理并提供设计思路。基于此方法,设计了3个小型化的超表面天线,并进行了仿真验证。3个超表面天线的辐射单元尺寸分别减小到0.53λ₀×0.51λ₀,0.50λ₀×0.49λ₀和0.35λ₀×0.29λ₀,与4×4方形贴片单元构成的超表面天线相比,尺寸均缩减了20%以上,实现了超表面天线的小型化。     

太阳能电池与反射阵天线的一体化集成设计

提出了一种与太阳能电池板集成的反射阵天线。用太阳能片底部金属层作为反射阵单元的辐射贴片,使得照射在太阳能电池上的光照不受天线遮挡,实现了最大化的光电转化效率。反射阵单元尺寸为0.4λ₀×0.4λ₀。单元相移范围达到543°。用该单元组成了单元数为15×15的反射阵列天线,阵面口径大小为690 mm×690 mm(6λ₀×6λ₀)。采用标准增益喇叭天线作为反射阵馈源。仿真结果表明,在2.6 GHz反射阵的增益达到22.5 dBi,口径效率为39.5%。     

三端口宽带极化可重构紧耦合天线阵列

提出了一种三端口宽带极化可重构紧耦合天线阵列。该阵列单元由蝶形偶极子、阻抗变换器和巴伦组成,通过最大功率传输效率法(MMPTE)优化出天线三个端口的所需最优激励分布,从而实现天线在左旋圆极化(LHCP)和右旋圆极化(RHCP)以及在方位角平面任意角度线极化(LP)多种辐射模式之间的切换。最终优化得到的阵列的尺寸为π×60² mm²×30 mm(π×0.7²×0.35λ₀³=0.549λ₀³,其中λ₀为中心频率处的自由空间波长)。测试结果表明,该阵列在左右旋圆极化和线极化状态下的相对阻抗带宽(|S₁₁|<-10 dB)都为50.7%,且3 dB增益带宽基本能覆盖阻抗带宽。左右旋圆极化轴比小于3 dB,并且轴比带宽(AR<3 dB)可以覆盖整个阻抗带宽。在3.5 GHz处,阵列在各种极化状态下的最大实际增益均大于8.8 dBi。     

容性加载的宽带紧凑型圆极化超表面天线

针对当前超表面圆极化天线研究中存在的尺寸大、带宽与小尺寸无法兼顾等问题,提出了一种宽带紧凑型圆极化超表面天线。该天线采用跨层容性加载技术,通过在方形超表面结构上方加载跨层寄生贴片来引入跨层电容,从而降低谐振频点,实现超表面结构的小型化。同时,这种跨层容性加载超表面结构也具有极化相关特性,将其与45°斜耦合馈电缝隙结合,能够在小尺寸下实现具有宽带特性的圆极化超表面天线。测试结果表明,该天线在辐射口径为0.4 λ₀×0.4 λ₀的情况下,-10 dB阻抗带宽为39.56%(5.82～8.69 GHz);3 dB轴比带宽可达26.98%(6.54～8.58 GHz)。该天线具有圆极化辐射性能良好、宽带、小型化和低剖面等优点,为现代宽带无线通信系统天线的实现提供了一种技术选择。     

一种小型半U型缝折叠超宽带微带天线

提出了一种四分之一波长半U型缝隙折叠超宽带微带天线。该天线采用短路面加载半U型缝隙以及折叠辐射贴片的方法,实现了小型超宽带特性;天线的尺寸为18mm×7.5 mm×7mm,相对波长尺寸为0.231λg×0.096λg×0.09λg(λg是天线带宽最低频率对应的介质中波长)。仿真显示,天线的阻抗带宽为39.3%,仿真辐射方向图稳定,平均增益4.3 dB。由矢量网络适量分析仪E5071C实测天线模型,天线的带宽为3.86～6.47 GHz,相对带宽为50.53%,并且从3.53 GHz到大于8.5 GHz频段上电压驻波比小于3,相对带宽超过82.6%。     

基于GaAs IPD的小型化高选择性X波段宽带带通滤波器

文中设计并实际开发了一种基于砷化镓(Gallium Arsenide, GaAs)集成无源器件(Integrated Passive Device, IPD)技术的小型化高选择性宽带带通滤波器。首先，所提出的带通滤波器是通过引入集总参数谐振器来设计的，以实现高选择性和宽带性能。其次，进一步研究了实现高选择性和宽带性能的工作原理。最后，为了证明所述性能，基于GaAs-IPD技术设计、制造和测量了一个紧凑型高选择性宽带带通滤波器。该滤波器工作频率覆盖了整个X波段(6～13 GHz),相对带宽为74.0%,带外实现了四个传输零点，从而实现了高选择性和良好的带外性能，芯片尺寸为0.05λ₀×0.03λ₀。比较了实测结果与电磁仿真结果，验证了该设计的可行性。     

一种磁电偶极子阵列天线的设计

针对大功率信号源天线设计需求，设计一款磁电偶极子阵列天线。天线由金属加工而成，具有较低的剖面(0.217λ₀),相对带宽达到82.4%(VSWR≤2),带宽内具有良好的耐功率性能。仿真和测试结果表明该天线满足耐功率指标，具有良好的定向辐射性能。     

基于混合电磁超材料的宽角扫描相控阵天线

本文提出了一种新颖的基于混合电磁超材料的小型化低成本宽角扫描相控阵天线.通过在介质谐振器上加载电磁超表面,引入额外的容性加载,实现了一种新型的小型化混合电磁超材料辐射体结构(电尺寸仅为0.39λ₀×0.27λ₀×0.09λ₀).同时,由于混合电磁超表面的小型化和周期特性,阵间距缩短为0.40λ₀,增大了波束的扫描范围.此外,混合超材料辐射体中嵌入的空气孔和地板上开设的T形槽,能够提高阵元间的隔离度.基于混合电磁超材料、紧间距布阵和去耦设计,对一个五元宽角扫描线阵进行了设计与测试.该阵列各端口的-10 dB阻抗带宽均大于3.30～3.80 GHz(14.1%),带内隔离度均优于13 dB,最大辐射增益10.1 dBi,主波瓣扫描范围为[-81°,84°],3 dB波束宽度覆盖范围为[-111°,105°].该阵列具有小型化、宽带宽、宽扫描范围以及低成本的优点,适用于低成本、高可靠性和智能化的无线通信应用.     

一种新型V型槽圆极化微带贴片天线

提出了一种基于非对称V型槽加载的探针馈电圆极化单层钻石形微带贴片天线。通过调节V型槽的槽宽、槽长、开槽倾角及馈电点位置可实现微带贴片天线的圆极化辐射。研究了V型槽尺寸对微带贴片天线性能的影响。结果表明:介质厚度为0.051λ_0(λ_0为中心工作波长)时,天线的阻抗带宽大于9%(VSWR≤2),圆极化带宽为3%(AR≤3),最大增益可达6.29 d Bi,最小轴比小于0.5 d B。     

一种新型宽带双频段圆极化RFID读写天线

提出了一种新型宽带双频圆极化射频识别(RFID)读写天线,由上层的旋转对称折合振子和缝隙加载的方形贴片以及下层的紧凑型馈电网络构成。天线具有两个外部端口,分别激励低频0.9 GHz和高频2.45 GHz双频段的圆极化辐射。借助HFSS对天线进行了建模、仿真和优化,最后采用FR4板材制作天线实物并完成了试验测试。天线的外部尺寸为0.6λ0×0.6λ0×0.1λ0(λ0为0.9 GHz频点下的自由空间波长),测试结果表明,天线在低频段和高频段的-10 dB阻抗带宽和3dB轴比带宽分别为91.1%(4.9%)和87.8%(1.3%),频段内的峰值增益为5.48 dBic(3.63 dBic),最小轴比为1.1 dB(1.2 dB),在高低频段内,天线的辐射方向图对称稳定。该天线不仅能够满足全球通用型UHF频段(0.84~0.96 GHz)和ISM频段(2.4~2.5 GHz)RFID读写应用需求,而且具有低成本、易加工等优点,在物联网领域将具有很好的应用前景。     

一种基于容性加载的小型化准八木天线研究

在传统准八木天线的基础上结合小型化技术,提出了一种新型的小型化准八木天线.天线结构上,对天线的馈电结构部分进行合理布局减小天线的纵向尺寸;对反射器和馈源振子进行容性加载,增加电流路径长度,进而减小天线的横向尺寸.确定结构后,利用HFSS软件对模型的相关参数进行仿真优化.天线测试结果显示,在射频识别（Radio Frequency Identification,RFID）美标UHF频段902~928 MHz内实测结果与仿真结果吻合较好,其中增益为6.8 dBi,驻波系数小于1.4,主瓣交叉极化比大于40 dB.天线的尺寸仅为110 mm×105 mm,约为λ₀/3×λ₀/3（λ₀为中心频点自由空间波长）,体现了小型化和优秀的电气性能.     

一种宽带WLAN贴片天线

文中提出了一种单馈的宽带贴片天线应用于无线局域网络通信。该天线由方形贴片、电抗性阻抗表面以及电磁带隙结构组成。文中提出同时加载电抗性阻抗表面和电磁带隙结构能够实现小型化以及宽带化。电抗性阻抗表面作为接地平面能够降低天线的谐振频率。电磁带隙结构能够提高天线的阻抗带宽。测试结果表明所提出的WLAN贴片天线的相对带宽为22.3%(S₁₁=-10 dB),覆盖4.77～5.97 GHz,可以获得6.3～7.2 dBi增益。与现有宽带小型化天线相比,该天线在保证宽带小型化的前提下仍具有较高增益,且辐射性能具有较高的一致性,十分有利于其应用。该天线能够覆盖IEEE 802.11a标准所规定的5 GHz频段,能够实现无线局域网之间的高速数传。     

小型化缝隙加载圆极化及宽带微带贴片天线设计

提出了一种十字形缝隙加载的小型宽带及圆极化微带贴片天线的设计方法。该天线通过在方形贴片上加载一个大尺寸的十字形缝隙实现天线的尺寸缩减,介质基片采用由FR4和空气层组成的层叠结构,在缝隙中嵌入L型枝节,只需通过调整枝节上同轴线馈电点的位置来获得圆极化或宽带阻抗匹配。ANSYS HFSS仿真分析表明,天线的圆极化带宽（AR≤3 dB）为1.7%,阻抗带宽（VSWR≤2）为5.8%,天线在宽带范围内具有稳定的增益,峰值增益为7.8 dB,同时贴片面积缩减了52.3%。改变馈电点的位置可调节两个谐振频率使天线阻抗带宽达到9.4%,比传统的微带贴片天线阻抗带宽提高了114%。     

一种低剖面强耦合宽带相控阵天线的设计

设计一种低剖面强耦合相控阵天线,该天线在2.5倍频带宽内可在方位±45°范围内进行扫描,天线单元VSWR<3,天线剖面高度约为0.15λ₀;加工一个8×8天线子阵样件进行测试和验证。测试结果表明该天线带宽宽、扫描范围大,具有良好的极化特性,满足工程需求。     

LTCC多层宽带阵列天线设计

应用LTCC技术设计了4×4的宽带阵列天线,通过在多层贴片结构中引入空气腔、匹配过孔以及金属环等结构有效拓展天线的带宽,提高了辐射效率.馈电网络与主贴片间用内层地板分隔,有效地抑制了背向辐射.仿真结果表明,阵列天线在25.2-31.2GHz的频带内回波损耗低于-10dB,相对带宽达21.4%,峰值增益为16.84dB,...     

折叠小型化超宽带单锥天线设计

利用折叠法和镜像法设计了一款具有全向辐射特性的小型化超宽带单锥天线。天线辐射单元通过折叠技术实现了天线的小型化,通过镜像法和末端加载实现了天线的低剖面。在天线周围加载圆柱形套筒,通过改善天线在高频处的阻抗匹配,进一步拓展天线的带宽。在保证天线低剖面的同时,与传统的单锥天线相比,文中提出的天线金属地板尺寸较小,仅为0.236λ_min,具有较好的工程应用前景。天线实现了在1～7.65 GHz的频率范围内,VSWR<2,实现了153.8%的阻抗带宽。天线在频带范围内最大增益为6 dBi,不圆度小于2 dB。天线的整体物理尺寸为30 mm×30 mm×30 mm,对应的低频电尺寸为0.1λ_min×0.1λ_min×0.1λ_min。加工了样机进行测试,测试结果和仿真结果吻合度较好,验证了设计的可靠性和有效性。这种低剖面、超宽带的全向天线可以作为室内基站天线、无人机机载天线等,具有广泛的应用场景。