基于特征模分析的宽带全向天线设计

宽带全向天线在现代军事、无线通信等许多方面有着非常广泛的应用.本文设计了一款基于特征模分析的宽带全向天线,并给出了设计方案与仿真结果.通过特征模分析,对天线结构进行优化设计,改善天线的带宽和辐射特性.通过设置适当的馈源,激励天线的单极子特征模式,得到工作宽带宽并全向性良好的天线.数值仿真结果表明,该天线工作频段在5.35～6.05 GHz,反射系数为-16.38 dB,天线峰值增益为4.12 dBi,阻抗特性良好.     

基于超表面的四波束贴片天线

本文提出了一种基于超表面的四波束贴片天线.该天线的辐射单元由4个蚀刻有开口矩形环缝隙的矩形贴片组成,超表面结构由三角形环组成的"箭头"形单元组成, 4个输入端口都采用同轴馈电.通过在矩形贴片上蚀刻开口矩形环缝隙改善了天线的阻抗匹配,同时,利用放置在辐射单元上方的单层超表面实现波束赋形.结果表明:天线的-10 dB阻抗带宽为5.31～6.24 GHz (0.93 GHz),在工作频段内天线的增益达到了7.55 dBi, 4个波束与+z方向之间的夹角为26°.     

一种全向环形缝隙阵列天线设计

提出了一种新型的全向平面缝隙阵列天线. 8对环形缝隙背靠背蚀刻于带状线两侧地板,作为辐射单元,并且通过中心导带串行馈电.通过在环形缝隙内部加载一对Y形缝隙枝节,提升单元辐射性能.为进一步拓宽工作带宽,提高增益,采用遗传算法(GA)对天线进行优化设计,根据设计结果加工制作了天线样品.测量结果表明,天线的阻抗带宽(|S₁₁|<-10 dB)为5.69%(5.64 GHz～5.97 GHz),峰值增益为9.68 dBi,水平方向最大增益变化小于0.5 dB,在工作频带内具有稳定的全向辐射性能.     

一种基于CSRR结构的全向微带缝隙阵列天线设计

提出了一种新型的全向微带缝隙阵列天线,缝隙单元基于圆形互补开口谐振环(CSRR)结构.天线共有8个背靠背CSRR缝隙单元,分别蚀刻在带状线两侧接地板上,通过中心导带串行馈电.为了获得良好的全向性能,相邻CSRR缝隙单元开口朝向相反,并对天线结构进行扫参分析.设计了一款工作在5.8 GHz的水平全向缝隙阵列天线,仿真结果表明,天线的阻抗带宽(|S_(11)|-10 dB)为4.8%(5.69 GHz～5.97 GHz),最大增益为9.63 dBi,水平方向最大增益变化小于0.5 dB.     

一种宽带圆极化缝隙天线的研究与设计

设计了一种结构简单的宽带圆极化缝隙天线,由单层介质基板和两层金属构成,覆盖WiMAX、WLAN和5G通信的sub6 GHz频段。通过在方形缝隙拐角处分别添加两个矩形贴片和一个倒L枝节,实现宽带圆极化辐射。天线采用微带耦合馈电的方式,通过调整T形微带馈线的长度和矩形贴片的宽度,进一步展宽了天线的带宽。测试结果表明,天线的-10 dB阻抗带宽为1.91～7.14 GHz,轴比带宽为2.5～6.3 GHz,相对轴比带宽为86.4%,峰值增益在5.5 GHz处达到5.5 dBic。     

基于微带馈电的介质杆天线设计

设计了一种新型的基于微带贴片馈电的介质谐振器天线.天线的介质杆设计为锥削结构,采用具有嵌入式微带线的圆形贴片进行馈电.通过调节微带线嵌入圆形贴片的深度和宽度,获得较宽的阻抗带宽.天线样品的测试结果与设计仿真结果吻合良好.天线阻抗带宽(|S11|-10dB)为7.1%(5.73～6.14GHz),频段内的平均增益超过11.1dBi.在工作频率5.8GHz处,天线的增益达到11.2dBi,相应的口径效率为84.1%.     

基于超表面的紧耦合阵列天线设计

设计了一种应用于WiMAX的紧耦合阵列天线。基于超表面解耦原理,设计了一种具有负介电常数和正磁导率的耶路撒冷十字超表面单元。在二单元紧耦合贴片天线上方加载5×6的超表面以减小单元间互耦,矩形贴片上刻蚀一个U形缝隙改善天线的阻抗匹配。阵列天线的尺寸仅为55 mm×74 mm×8.2 mm(0.64λ₀×0.86λ₀×0.10λ₀,λ₀为3.5 GHz时自由空间的波长),天线单元的间距(边到边的距离)为1.3 mm(0.015λ₀)。测量结果表明,阵列天线能够工作在WiMAX的3.5 GHz频段,-10 dB阻抗带宽为13.83%(3.23 GHz～3.71 GHz),-18 dB解耦带宽为10.34%(3.3 GHz～3.66 GHz),天线具有良好的辐射特性。     

基于阿基米德螺旋线单元的反射阵列天线设计

本文设计了一种基于阿基米德螺旋结构的新型微带反射阵列单元.单元外圈尺寸固定,通过改变螺旋线向内延伸长度来获得不同的反射相位.经过各结构参数分析,获得一条较为理想的反射相移特性曲线.采用该新型反射单元,设计了一款10×10规模的反射阵列,并建模仿真.仿真结果表明,在工作频率5.8 GHz处,天线的增益为18.7 dBi, 1.5-dB增益带宽为22.1%(5.56～6.84 GHz),阻抗带宽为3.8%(5.70～5.92 GHz),主旁瓣比优于-15.0 dB,交叉极化小于-25.8 dB.     

加载部分均匀覆盖层的Fabry-Perot 谐振腔天线设计

本文采用了部分均匀覆盖层,设计了一款新型的高增益Fabry-Perot谐振腔天线.该天线覆盖层采用部分均匀结构,划分为3×3个区域,不同区域内贴片的尺寸不尽相同.每个区域内包含5×5个矩形贴片,单元尺寸一致.由于各区域的贴片尺寸不同,使得部分反射层不同区域内的反射系数和透射系数也不同,从而改善了天线口径面上的幅度和相位的均匀度.仿真结果表明,天线的阻抗带宽(|S_(11)|-10 dB)为3.77%(5.72～5.94 GHz).在工作频率5.8 GHz处,天线的主交叉极化相差30 dB以上,增益达到19.9 dBi.     

Wi-Fi/WiMAX双极化阵列天线研究

提出一种应用于Wi-Fi/WiMAX的宽带高增益双极化阵列天线.它由+45°和-45°正交极化的两个天线组成。当频率为2.38~2.72 GHz时,天线的回波损耗大于-10 dB;端口1与端口2之间隔离度大于20 dB;端口1在2.45 GHz时获得最大增益为17.14 dBi,端口2在2.483 GHz时获得最大增益为17.15 dBi.仿真和测试很好相吻合,该双极化天线能满足Wi-Fi/WiMAX通信网络要求.     

2.45GHz RFID圆极化微带天线的设计

设计一款使用于2.45GHz RFID读卡器的圆极化微带天线。天线使用背靠背的结构,以及使用一个3dB正交电桥和探针对天线进行馈电,使整个天线占用的面积减少了一半。天线的线极化带宽为100MHz,圆极化带宽为34MHz,输入驻波比小于1.5,增益大于3dBi。     

一种适用于WLAN的新型高隔离度双频双极化天线

本文设计了一种新型的适用于WLAN的双频双极化微带天线.该天线通过改变辐射贴片以及缝隙的尺寸,并在凸字形的辐射贴片夹角处开缝,以此来实现双频双极化特性.同时,通过改变馈线形状并在馈线上开U型缝隙,提高端口隔离度以及高频工作频带的带宽.利用电磁仿真软件HFSS对天线的结构参数进行仿真和优化.仿真结果表明:天线可以工作在2.36GHz和5.44GHz两个频率点,相对阻抗带宽分别为10.6%(2.21GHz~2.46GHz)、4.8%(5.31GHz~5.57GHz).两个频段增益最大值分别约为4dB,5dB.     

基于H型超材料的小型化调频空间滤波器

基于超材料的相位补偿特性实现特定波段超材料滤波器设计。本工作通过变形传统的互补型开口谐振环,设计了一种小型化哑铃型缝隙结构超材料滤波器,通过二极管控制超材料的电磁特性在不同时间的空间分布形式,以实现空间滤波器中心频率可调。滤波器单元尺寸为5.0 mm×5.0 mm×0.8 mm,具有小型化的特点。仿真结果表明:-10 dB工作带宽为28%(9.2～12 GHz),回波损耗最小值为29 dB,插入损耗最大值为0.8 dB。测试结果表明:-10 dB工作带宽为25%(9.2～11.7 GHz),回波损耗最小值为20 dB,插入损耗最大值为1.0 dB。     

基于菱形单元的宽带微带栅格阵列天线设计

本文设计了一款新型微带栅格阵列天线.为了拓展天线带宽,辐射单元采用非均匀尺寸的菱形结构,在介质基板与地板间加入空气层,采用探入式同轴探针对天线进行馈电.单元间微带传输线采用正弦曲线结构,极大地减小了天线的辐射口径.天线面积为290×205 mm^(2),共包含7个菱形辐射单元.通过建模仿真和扫参分析,结果表明,天线的阻抗带宽(|S_(11)|<-10 dB)为13.0%(2.30 GHz~2.62 GHz).在工作频率2.45 GHz处,天线的最大增益达到15.4 dBi,交叉极化小于-25 dB,旁瓣电平低于-15.6 dB.     

小型双频圆极化贴片天线

本文提出了一种新型的小型双频圆极化贴片天线.通过在矩形贴片各边加载矩形槽产生扰动,在2.45GHz和5.04GHz频段内实现了圆极化性能,并通过调节各矩形槽的长度,实现阻抗带宽与3dB轴比带宽的匹配.天线采用同轴馈电,尺寸为0.218λ_0×0.211λ_0×0.013λ_0(λ_0为2.45GHz的自由空间波长).实测结果表明:天线圆极化工作带宽为1.26%(2.445~2.476GHz),0.92%(5.013~5.059GHz),各频段内的峰值增益分别为1.25dBi和1.32dBi.实测与仿真结果基本一致.     

具有高选择性的滤波天线设计

本文设计了一个具有高选择性的滤波天线.在基于1/4波长谐振器的二阶滤波器基础上,将末级谐振器用矩形贴片代替,并通过在馈线和矩形贴片之间引入一条新的耦合路径,使得滤波天线的增益通带两边产生两个辐射零点,有效地提高了天线的选择性,而且两个辐射零点的位置通过结构参数的调整可调.设计结果表明滤波天线工作在2.42 GHz,在反射系数<-10 dB的阻抗带宽为4.5%,在2.2 GHz和2.7 GHz处产生了两个辐射零点,有效地提高了选择性,而且该滤波天线具有低交叉极化的特性.     

基于双谐振环超表面的双波束天线

本文提出了一种基于双谐振环超表面的双波束天线.天线由两个相同的印刷偶极子贴片和超表面构成,超表面单元为双谐振环.该天线通过加载超表面实现了波束成形和波束偏转;同时,通过在偶极子贴片辐射臂旁边加入一排短路过孔,抑制了旁瓣,增加了波束的偏斜角度,还使天线的波束宽度变窄.另外,在基板上加载2×2的双谐振环阵列,提高了天线的增益.结果表明,天线谐振频率在3.5 GHz,-10 dB带宽为0.93 GHz,最大辐射波束指向(φ,θ)=(±155°, 90°),增益可达到8.02 dBi.     

一种新型的六边形结构超宽频带微带天线

提出一种新型的多边形结构宽带微带天线。此天线拥有体积小、剖面低、重量轻、结构简单等。采用ansoft公司的基于时域有限差分法(FDTD)的HFSS12电磁仿真软件对该天线进行了仿真。从仿真结果上看,该微带天线的中心频率10GHz,S11≤-10dB时的相对带宽147%(3.0GHz～20.0GHz),可以有效的覆盖到S、C、X、Ku各个波段以及3GHz到6GHz各个移动通信频段,也可用于各种无线局域网等场合。该天线的平均增益3dB,最高增益达到5dB。     

宽频带±45°双极化基站天线的设计

本文设计了应用于2G,3G,4G(LTE)的一种宽频带±45°双极化基站天线.天线由两组垂直交叉的蝴蝶结状偶极子天线构成,每一组偶极子天线通过连接同轴线的短截线馈电,从而实现了天线的平面结构.通过在每组交叉偶极子天线上开设3个矩形缝隙和1个V形缝隙,可以有效地拓宽设计天线的阻抗带宽、改善天线的增益.仿真结果表明:该天线可以工作在1.7~2.7GHz频率范围内,两端口的回波损耗大于15dB,两端口之间隔离度大于27dB,半功率波束宽度在65°±3°范围内,整个频段内增益均大于7.7dBi,前后向增益比大于20dB.     

吸波材料与超材料复合结构吸波性能研究

吸收频带宽、吸收能力强一直是吸波材料研究所致力的目标。在碳纤维布/CIP/环氧树脂结构吸波材料的基础上,复合金属短线网格结构的超材料,利用CST MWS软件的谱域法对吸波材料与超材料的复合结构进行仿真。发现设计合适的金属线间距(a=4 mm)和超材料距表面的复合位置(d=2 mm),能合理调节复合结构的电磁参数,将反射率在2～18 GHz低于-10dB的带宽由3 GHz拓宽至12.4 GHz。