相控阵天线系统散射分析

该文采用S参数分析了有源相控阵天线单元馈电系统模型的接收机负载反射系数.将该反射系数代入阵列天线散射场基础理论公式分析了有源相控阵天线的散射场,将有源相控阵天线的天线模式项散射场分为天线模式反射散射场和天线模式相控散射场进行分析.最后通过一维线阵验证了理论分析结果.该分析方法和分析结果为相控阵天线RCS计算和控制提供了理论指导.     

X波段二维扩充瓦片有源阵列天线研制

高频（X波段及以上）有源阵列天线受限于空间尺寸限制,难以直接实现二维阵列方向的扩充。本文提出的一种微波数字复合而成的二维扩充瓦片有源阵列模块,该模块采用多层印制板堆叠技术工艺,集合低频和射频馈电网络、模拟电路与数字电路的一体化功能,是实现有源天线轻量化小型化的关键设计。亦详细描述瓦片有源阵列天线的集成架构和其综合馈电网络设计。有源阵列天线阵面波束性能的仿真结果和原理样机的测试结果验证X波段二维扩充瓦片模块和阵列天线的可实现性。     

简洁构型与馈电的宽带双极化金属锥阵列天线北大核心CSCD

本文提出了一种宽带双极化金属锥阵列天线。该阵列天线以传统的旋转体天线结构为主体,通过在锥体底部开设四道正交的直通槽,以便在锥状单元内部形成可与地板间构成匹配谐振腔的开放式空腔结构。在阵列中,任意两个相邻的锥状单元之间可形成类似于Vivaldi天线的辐射缝隙结构。馈电采用同轴馈电方式,探针无弯折结构,金属锥体无弯折过孔。每个金属锥状单元独立,可极大简化加工、装配和维护过程。该天线具有两个正交极化,分别由左右和前后相邻单元构成。仿真结果表明,在频率范围为2～8GHz内,阵列大部分有源VSWR小于2,小部分端口有源VSWR小于2.5 (相对带宽为120%)。     

共面波导-槽线馈电的引向天线

在对现有印刷形式的引向天线进行简单分析之后,文章提出了一种共面波导-槽线馈电的引向天线的设计方法。通过对共面波导-槽线馈电网络的馈电端口阻抗的仿真计算,解释了天线的带宽特性;在对有源振子和引向器的表面电流的仿真基础上,建立了该天线的三元对称振子阵列的辐射模型,该模型很好地解释了天线的定向辐射特性。仿真和实验结果表明,所设计的天线是一种性能良好的小型宽带定向天线。     

一种低方向性的球形共形全向天线阵列设计

传统的球形共形天线阵列馈电网络复杂,每个天线单元需要单独馈电和控制相位,导致天线阵列效 率较低。文中提出了一种采用口径耦合馈电的单馈球面共形全向天线阵。为球形天线阵列设计了一个1 分30 的馈 电网络且直接集成在了阵列内部。这样可以通过一个端口给所有的天线单元馈电,从而降低了馈电的复杂度,提高 了天线效率。阵列的方向图在x-y 平面上是全向的。x-y 平面的增益变化小于1 dB,x-z 平面的半功率波瓣宽度约为 120°,实现了比传统全向更大的空间覆盖范围。天线的方向图最大增益为1 dBi。     

一种三单元新型宽波束扫描电控无源阵列天线

通过电抗加载来控制方向图主瓣指向的天线称为电控无源阵列天线,简称ESPAR天线.提出了一种三单元H形缝隙耦合馈电贴片ESPAR相控阵天线,该天线通过分别改变加在两侧寄生辐射贴片馈电端的直流控制电压来改变相应的电抗加载值,从而使其实现宽波束扫描.给出了该天线的详细分析,以及电磁仿真结果,结果表明,该天线在H面上能实现-30°～30°的宽波束扫描.     

毫米波相控阵板级集成天线技术研究

随着毫米波雷达及通信系统的快速发展,有源相控阵天线日益成为当前研究的热门天线形式。然而,毫米波有源相控阵存在空间紧凑、结构复杂、装配繁琐等问题。本文介绍了一种可应用于毫米波相控阵的板级集成天线,并对其天线阵列、垂直过渡等关键结构的设计进行了讨论。该阵面将天线阵列、收发组件和馈电网络全部集成在一块基板上,具有结构简单易于量产的特点。文末给出了对所设计的有源阵面的暗室测试结果,结果表明该天线在毫米波雷达和通信系统中具有巨大的应用潜力。     

大型阵列天线辐射的近似分析

将散射矩阵推广到阵列天线的辐射分析当中,推导出阵列天线辐射计算基础理论公式.该公式综合考虑了天线与馈电系统的失配引起的反射、天线单元之间的互耦效应以及天线单元在阵列当中和位于自由空间的辐射特性的变化.采用算例验证了该计算公式的正确性,根据阵列单元的辐射特点和S参数特点,提出了大型阵列辐射场的近似计算方法.以此为基础采用泰勒馈电设计了副瓣电平低于一30dB的大型阵列天线.     

新型Ku频段全向微带阵列天线

设计了一种新型Ku频段全向天线,该天线由双面辐射微带阵列组成,通过串联形式馈电,实现了全向中等增益辐射特性.文中给出了微带阵列天线的设计方法,对该微带阵列天线的阻抗带宽特性、方向图特性和馈电结构进行了分析.结果表明,该微带阵列天线反射损耗小于-10 dB的绝对带宽为1.15 GHz,在可用频带内全向增益为6.8 dB～7.3 dB,E 面波束宽度在20°～24°,H面方向图不圆度在±0.5 dB以内.该天线能够满足微波通信系统要求.     

高集成层积阵列天线设计

针对三维层积高集成有源阵列天线辐射单元进行了研究。文中采用包括多谐振模式、宽角阻抗匹配、改进型馈电等措施的多种扩频方式对平面贴片辐射单元进行优化设计,提出了一种高集成层积阵列天线形式。其低剖面、轻量化、高性能的特性满足了下一代高集成有源相控阵天线阵列的发展要求,具有较好的应用前景。     

一款具有稳定扫描波束分辨率的宽视角相控阵天线北大核心CSCD

基于自适应稀疏阵的结构,提出了一种具有宽视角与稳定扫描波束分辨率性能的相控阵天线。阵列单元是可以在相同谐振频率下实现TM;和TM;两种模式共同工作的单激励圆环贴片天线,其具有140°的半功率波束宽度,这种宽波束辐射效果能够较好地拓展相控阵天线的扫描范围。基于此单元构建了一个35元线阵,对其波束扫描分析发现在限定增益波动小于2 dB的条件下阵列扫描范围可以达到-70°~+70°,但主瓣波束宽度随着扫描角度的增加而增大。为解决这个问题,引入了自适应稀疏阵的概念,并采用基于互耦补偿矩阵的迭代快速傅里叶变换(Iterative Fast Fourier Transform,IFFT)技术进行自适应稀疏阵的优化设计。结果表明,所提出的基于自适应稀疏阵结构的35单元相控阵天线在-60°~+60°扫描范围内增益波动始终小于1.5 dB,波束宽度波动小于1°,且峰值旁瓣电平基本保持在-20 dB以下。相较于均匀周期阵列,所提出的自适应稀疏相控阵天线能够在实现低旁瓣宽视角扫描的同时,有效提高天线在宽角度范围内扫描波束分辨率的稳定性。     

一种基于5G应用的圆极化微带相控阵天线

本文提出一款应用于5G频段,可实现方位面±40°波束扫描的圆极化微带相控阵天线。该相控阵天线单元是由矩形贴片、上下介质板、缝隙耦合馈电结构、金属反射板构成。利用切比雪夫综合法的一分八不等分功分器实现相控阵天线的馈电形式。测试结果表明,阵列天线的驻波比带宽为3.25 GHz～3.69 GHz,端口隔离度大于25 dB,扫描过程中增益最大为21 dB,增益衰落小于3 dB,最大扫描角处轴比为2.89 dB。该天线具有低剖面、高隔离度、高增益以及良好的波束扫描性能等优点。     

Active Frequency-Tune Beam-Scanning Leaky-Wave Antenna Arrays

X-band active beam-scanning leaky-wave antenna arrays, including 1 × 1,1 × 2 and 1 × 4 prototypes, have been demonstrated. These antennas integrated one or several microstrip leaky-wave antenna elements with a single varactor-tuned HEMT VCO as an active source. Measured results on experimental antennas indicate that the beam scanning angle of the 1 × 1 antenna close to 40° can be achieved and the scanning range of 1 × 2 and 1 × 4 antenna arrays are both close to 32°. Furthermore, reflected wave due to the open end of each leaky-wave antenna element has been suppressed by the symmetric configuration of this antenna array and the antenna efficiency increases. When comparing with the measured radiation pattern of the single element antenna, we found that the 1 × 2 and 1 × 4 antenna arrays can effectively suppress the reflected power by more than 5.5 dB and 10.5 dB, respectively, at 10.2GHz. The power gain are more than 2 dB and 3.16 dB higher than the single element antenna with a measured EIRP of 18.67 dBm.     

宽波束±45°双线极化偶极子天线阵列设计

针对宽波束天线在移动通信中的应用,实现偶极子阵列天线的宽角域扫描覆盖,设计了一款宽波束天线单元以及1×16相控线阵。采用正交对称振子结构实现±45°方向辐射,振子采用椭圆环结构实现了宽阻抗带宽和宽波束,通过加载梯形结构降低了频段和实现小型化。实测结果表明,天线单元在6.425～7.125 GHz的频带内电压驻波比小于1.3,具有38.8%的相对阻抗带宽,在工作频带内其端口隔离度优于28 dB,3 dB波束宽度在频带内均大于126°,能够很好满足现阶段对阵列天线小型化、宽频带以及宽角域扫描的要求,在移动基站等领域有广阔的应用前景。     

基于微机械工艺的60 GHz波束扫描天线阵

提出了一种应用于高速率无线通信的基于微机械工艺的波束扫描天线阵.基于微机械工艺的空气填充的同轴线结构能提供低损耗的矩形微同轴传输线和馈电网络设计.设计的传输线仿真和测试插入损耗均小于0.18 dB.仿真和测试结果吻合良好.波束扫描天线阵的尺寸为17.5×14.5×0.42 mm3, -10 dB带宽为10 GHz(55~65 GHz), 其带宽覆盖60 GHz标准的全频段.波束扫描角度分别为±35°和±11°.在60 GHz中心频点, 增益分别为11.8 dBi和12.1 dBi.     

一种低成本星载宽角扫描相控阵天线设计

设计了一种工作于X频段的星载圆极化相控阵天线。相控阵天线单元的馈电探针与连接器进行了一体化设计,消除了焊点,提高了阵面的可靠性;同时阵列单元周围加载金属腔体结构,降低了单元间的耦合,展宽了天线波束,提高了阵列的扫描增益;阵面为全金属结构,可实现相控阵的均温性与内部热量的辐射,阵面自身具有较强的空间抗辐照能力,同时也能对相控阵内部的有源器件提供良好的辐照屏蔽。相控阵有源组件和合成网络采用瓦片架构,具有轻量化和低剖面的特点。所设计相控阵天线具有±60°宽角扫描能力和4%的工作带宽。     

双圆极化共形相控阵天线研究

设计了一种基于十字缝隙耦合双圆极化微带共形相控阵天线。首先设计了微带天线单元,分析了天线各结构参数对天线性能的影响。通过电桥向偏馈于十字缝隙上的馈线馈电,实现等幅、相差90°馈电,电桥的两个端口分别获得旋向相反的圆极化信号。然后对天线单元进行了测量,结果表明天线轴比小于3dB 的带宽为16%,驻波小于1.5 的带宽 为17%,波束宽度大于87°。最后对5×5 共形相控阵天线进行了仿真与测量,结果显示天线可以扫描60°,适合用作载体共形的卫星通信天线。     

Beam-Steerable Ultra-Wide-Band Miniaturized Elliptical Phased Array Antenna Using Inverted-L-Shaped Modified Inset Feed and Defected Ground Structure for 5G Smartphones Millimeter-Wave Applications

Multi Input Multi Output (MIMO) and phased array systems are considered a key technologies to realize the 5G communication systems. Therefore, the purpose of this research is the suggestion of a novel mm-wave Ultrawide Band (UWB) antenna design with compact and straightforward layout suitable for both MIMO and phased array systems. Hence, the designed antenna array has been studied separately as a MIMO antenna and as a phased array antenna to carefully assess the performance of each system. The single antenna design is an elliptical patch antenna where the design novelty lies in the combination of a modified inset-feed and defected ground structure to provide a large bandwidth without any compromise in the radiation performance, nor in antenna size and design simplicity. The Design process are performed using CST MWS software, where the Rogers RT/Duroid 5880 substrate is chosen to construct the antenna. A broadband characteristic of 8.7 GHz from 26 to 34.7 GHz with two resonant frequencies at 28 GHz and 33 GHz is obtained. A good radiation properties are achieved, where the gain is greater than 4.5 dB while the radiation efficiency exceeds 97% over the operating band. The MIMO and phased array antennas are made up of 12-elements of the single UWB-antenna arranged linearly along the width-edge of the smartphone mainboard. The MIMO antenna proves a high diversity performance in terms of Diversity Gain (DG), Envelope Correlation Coefficient (ECC), Total Active Reflection Coefficient (TARC), Channel Capacity Loss (CCL) and Mean Effective Gain (MEG), owing to the low mutual coupling less than ??20 dB, which is obtained using a separating slits between the elements. In addition, the suggested phased array provides a highly stable gain up to 15 dB over the entire bandwidth at broadside direction, besides the wide scanning range of?±?60° at 28 GHz and?±?40° at 33 GHz. Hence, the attained results assure that the suggested antenna could be appropriate for incorporation in 5G smartphones and other wireless devices and can be effectively used for both phased array and MIMO applications.

     

一种频相扫阵列天线研究

研究了一种频相扫体制的阵列天线.天线采用空气带状线结构的馈电网络,结合宽带单元天线,实现了该阵列天线在一维上频扫、另一维相扫的特性.通过仿真、优化确定各部分尺寸,并对其进行了实物加工和测试,测试结果表明:1）空气带状线馈电网络的损耗相对较小,平均为2.5 dB;2）该阵列天线的相对带宽达到14.7%（在雷达领域属于宽带天线阵列）,其二维扫描角度均大于60°,在全带宽范围内,副瓣电平优于-18.5 dB,实现了一种频相扫体制的阵列天线.     

用于船舶自动识别系统的机载阵列天线设计

为了满足船舶自动识别系统抗干扰性能的要求,设计了一种机载阵列天线.天线阵列由5个单极子天线单元组成,整体尺寸为Φ720 mm×306 mm,天线单元沿圆周均匀排列.通过泰勒分布和牛顿优化算法,优化阵列的辐射幅度及相位,得到实测的方位面增益-15 dB抑制范围达到128°,-20 dB抑制范围达到77°;装机后-15 dB抑制范围在114°以上,-20 dB抑制范围在51°以上.该阵列天线结构简单,成本低,满足机载环境的使用要求.