毫米波车地通信的小型化波导螺旋阵列天线设计

高速磁浮列车毫米波车地通信系统要求其车载天线具有小型化、宽频带、圆极化和辐射扇形波束等特点。为更好地满足这些要求,设计一种中心馈电的小型化波导螺旋阵列天线。该天线馈电系统采用同轴波导中心馈电、4路矩形波导并馈的形式,通过改变馈电波导尺寸、耦合探针长度以及末端采用波导同轴转换器等形式,实现了所有单元的等幅馈电;天线单元由低剖面螺旋天线构成,采用顺序旋转技术改善天线的圆极化性能。利用全波电磁仿真软件设计了一款中心频率为38 GHz的28单元波导螺旋阵列天线,并进行了实验测试。测试结果表明：在37~39 GHz频带范围内,天线驻波比小于1.41,增益大于21.7 dB,轴比小于3.6 dB,俯仰面波瓣宽度为4.5°~4.7°,方位面波瓣宽度为29°~29.7°,满足毫米波车地通信系统车载天线的设计需求。     

一种W波段圆极化微带天线研究

研究了不同馈电形式的W波段圆极化微带天线阵列,并采用等幅同相馈电方式以及新型波导到微带过渡结构,完成了圆极化阵列天线的设计.由理论分析和仿真结果可知,通过选择合适的介质,以及利用单元间等幅同相馈电,既能有效减小W波段天线的损耗,又能实现圆极化的良好轴比特性.功分网络的合理排布,波导到微带过渡结构亦有利于减小天线损耗.对8×8阵列天线进行实测,S(1,1)小于-15dB的相对带宽为4.3%,轴比小于3dB的波瓣宽度为11°,中心频点94GHz时天线增益为20.6dB,与仿真结果基本吻合.     

一种新型圆极化贴片天线的研究

研究了圆极化微带贴片天线,通过在普通圆形贴片上开槽,提出了一种结构新颖的圆极化微带贴片天线.仿真以及实测结果表明,该天线具有较宽的3dB波瓣宽度(±50°)和良好的圆极化轴比性能,并且新型微带贴片天线的尺寸要远小于普通的圆形或圆环形贴片天线的尺寸.     

5.835 GHz微带阵列天线的设计

为了降低目前电子不停车收费(electronic toll collection, ETC)系统中存在的邻道干扰、跟车干扰等问题,设计了一种5.835 GHz的微带阵列天线.首先使用对方形贴片切角的方式实现了天线的圆极化,然后通过对4个天线单元运用旋转与相位补偿的方式进行了轴比(axial ratio, AR)带宽的提升,并最终以改进后的4单元作为微带阵列天线的辐射单元.在低旁瓣和高定向方面,本文基于道尔夫-切比雪夫幅度分布的方法进行了不等幅馈电的馈电网络设计.通过大量的电磁仿真,最终确定了天线的最优结构,并进行了实物加工和测量.实测结果表明,阻抗带宽为5.67～5.88 GHz,在5.7～5.9 GHz频段内,增益大于15 dB,AR小于3 dB,E面半功率波瓣宽度小于12°,实测结果与仿真结果具有较好的一致性.该天线具有低旁瓣、圆极化、高定向的特点,为ETC系统路侧单元阵列天线提供了一种新颖的天线结构.     

一种寄生阵列宽带圆极化天线的设计

该文设计了一款C波段单馈寄生阵列的宽带圆极化天线。此天线采用紧邻的双层F4B介质基板,通过在方形驱动贴片上开槽及采用寄生阵列的设计实现了圆极化。对天线结构的设计步骤进行说明,研究了各结构对天线阻抗带宽和轴比带宽的影响,并研究了寄生贴片切角长度和驱动贴片上的缝隙宽度对天线轴比和带宽的影响。对天线的圆极化方向图进行了仿真。仿真结果表明,在5.5 GHz时实现了右旋圆极化,最大增益为8.1 dBi。加工并测试了宽带圆极化天线,测试结果与仿真结果基本相符,天线实测的阻抗带宽为1.3 GHz,轴比带宽为1.26 GHz。设计的叠层天线具有结构紧凑,装配简单和轴比带宽大的优点。     

一种双频段圆极化阵列天线

文章将宽带单极化Vivaldi天线正交排列,通过圆极化电桥馈电,构建双频段圆极化阵列天线的基本辐射单元。利用遗传算法优化圆极化基本辐射单元的曲线特性、开槽宽度等影响电性能的主要结构参数,使其阻抗带宽及轴比带宽满足双频段工作的特性。根据相控阵天线理论,将基本辐射单元按矩形栅格排布得到圆极化阵列天线。仿真结果显示该圆极化天线在双频段内满足轴比及波束覆盖要求。该圆极化阵列天线对双频段圆极化阵天线的设计具有很好的指导意义。     

圆锥印刷四臂螺旋天线的分析与设计

提出了一种应用于全球定位系统(GPS)的宽波束圆极化圆锥印刷四臂螺旋天线。数值分析表明螺旋角和螺旋臂的长度是影响波瓣宽度的两个主要因素,文中给出了其变化规律。基于此,我们设计了一个中心频率为1.57542GHz的圆极化圆锥印刷四臂螺旋天线,并制作了模型天线。测试结果显示该天线在中心频率处的3dB波瓣宽度约为200°,满足半球覆盖特性;3dB轴比带宽约为0.35GHz;驻波比在1.5以下的频率范围为1.47~1.6GHz。实验结果和仿真结果吻合良好。     

宽带宽波束圆极化微带八木天线

提出了一种具有两级双贴片引向器结构的双馈圆极化微带八木天线.通过移除部分接地板结构,有效地增大了天线在端射前向的圆极化增益和波束宽度.等幅异相的同轴双馈模式使得该天线具有较宽的工作频带.数值仿真与实验结果表明:该天线同时满足驻波比R vsw≤1.5及端射方向轴比RA≤3 dB的相对带宽为11％.天线在俯仰面仰角0°至80°的范围内具有良好的圆极化辐射特性,方位面主极化半功率波瓣宽度达到88°,同时具有较高的辐射前后比.良好的工作特性表明此天线可作为机载或弹载通信的备选天线.     

X 波段宽带宽角扫描相控阵天线的设计

设计了一种X波段宽带宽角扫描相控阵雷达系统的小型阵列天线,该天线采用Vivaldi 天线做为阵列单元。在考虑阵列单元间的互耦效应下,仿真设计了9*9 小型阵列天线,使该阵列天线在相对带宽达40%下的有源驻波系数小于2,其有源单元方向图E面、H面的波瓣宽度分别达到120度、110度以上。对9*9天线阵的实物进行了加工与测试,测试结果说明了该阵列天线具有良好的宽带宽角扫描特性。因该天线结构简单,重量轻,在相控阵雷达天线中有很大的应用价值。     

大规模阵列天线方向图成形预编码性能仿真*

大规模阵列天线技术可用于解决下一代无线通信的频谱有效性和功率有效性问题,对大规模阵列天线成形性能进行了仿真,得出了天线数目增加对均匀线阵方向图成形的影响,并通过计算比较了不同规模天线阵列的波瓣宽度,并仿真分析了不同规模均匀圆阵的方向图,最后研究了信道估计准确度对大规模天线阵列方向图成形性能的影响,仿真得出了信道估计矩阵存在误差时阵列天线方向图的变化。     

双圆极化微带天线的设计

研究了小型化双圆极化微带天线的设计方法。重点讨论了实现双圆极化、宽波束宽度微带叠层天线小型化的实现方法,并利用仿真软件进行仿真分析,在此基础上研制了样件,对其电性能进行了测量,测量结果表明:此微带天线具有圆极化、宽波束宽度和小型化的特点。     

A flat four-beam compact phased array antenna

This paper presents a flat four-beam compact phased array antenna. The low-cost and compact phased array antenna is designed using a circular array of four circular microstrip antennas made of low-cost material and four 1-bit phase shifters. The main beam of the antenna can be switched in four directions with the gain of about 4 dBi in each main-beam direction. More than 90° half-power beamwidth and over 10 dB F/B ratio are obtained. In addition, the diversity performance is considered and the diversity performance of this antenna can be provided with the envelope correlation about 0.6     

Prototype antenna elements for the next-generation TDRS enhanced multiple-access array

This paper summarizes a study performed to produce prototype antenna elements for the next-generation enhanced Tracking and Data Relay Satellite Continuation (TDRS-C) multiple-access (MA) S-band phased-array antenna. Compared to the multiple-access antenna on the current class of TORS, the enhanced multiple-access antenna requires elements that achieve greater on-axis gain, simultaneous circular polarization capability, and increased beamwidth. To demonstrate that array elements could be realized meeting these requirements, designs that were successful in simulation were fabricated and tested. These included a helical antenna; a novel short backfire antenna, excited with a circular waveguide (cup waveguide) with integrated polarizer and orthomode transducer (OMT); and a corrugated-horn antenna with integrated polarizer and OMVT. The paper describes the design process for the novel elements, and compares measured and simulated results. It also compares the elements in terms of performance, size, and mass.     

A Miniature Quadrifilar Helix Antenna for Global Positioning Satellite Reception

The design is described of a very compact quadrifilar helix antenna. A hollow ceramic rod is used as a dielectric load to reduce antenna size, which is only 2.7% of an air-loaded quadrifilar helix antenna. A simple equivalent circuit is established for the proposed quadrifilar helix antenna to demonstrate impedance characteristics. A self-phasing method for achieving circular polarization is also proposed. This method is convenient for tuning circular polarization. Additionally, a compact matching structure is designed to match the proposed antenna, which only utilizes short transmission-line sections and one capacitor. For experiments, the proposed antenna is designed at 1.575 GHz such that it can be utilized for global position system. Measurement and simulation results agree. A hemispherical pattern with a beamwidth of 150 $^{circ}$ is measured. This circular-polarized pattern with a wide beamwidth is feasible for mobile applications.      

W 波段圆极化微带阵列天线设计

本文分析和对比了W 波段圆极化微带阵列天线不同的馈电形式,完成了圆极化阵列天线的设计。由理论分析 和仿真结果可知,单元间等幅同相馈电有利于W 波段圆极化微带阵列天线的实现,其2x2 阵列天线仿真结果驻波小于2 的相对带宽为3.5%, 轴比小于3dB 带宽为2%,中心频点94GHz 时天线增益为12.2dB。该天线在军事领域具有广泛的应 用前景。     

Conical array studies

Present requirements for wide-band spread-spectrum techniques for many applications offer attractive potential uses for circular symmetric arrays. Since rigorous analytical techniques are not available to investigate conical array characteristics, experimental techniques can be used to simulate scanning of the conical array. This paper describes techniques that give some insight into the behavior of conical arrays of dipoles. A projected distribution is used to simulate array properties such as beamwidth, sidelobe level, and polarization. Comparisons with a similar cylindrical array are made. Element patterns are examined to determine if behavior is similar to known behavior of element patterns for the cylindrical array. Finally, a conical sector experimental array is used to simulate selected "scanned" beam positions to determine array behavior, i.e., beamwidth, scan limits, polarization, and sidelobe level. Experimental and calculated array patterns, element patterns, and polarization data are given.     

新型宽波束圆极化天线--微带介质天线

通过在微带天线中引入介质天线原理，提出了一种以简单方式展宽微带天线波束和提高低仰角增益的新方法，从而发明了一种新型宽波束天线－微带介质天线。该天线具有极宽的波束、较高的低仰角增益和波束范围内有较好的圆极化性能等特点。文中给出了天线的原理、设计公式和实验结果。     

宽角扫描的圆极化相控线阵

设计了一款宽波束的圆极化天线单元以及1×4的天线阵列，实现了一维的宽角圆极化扫描.天线单元由单层的辐射贴片和介质基片集成波导（substrate integrated waveguide，SIW）背腔构成，通过在辐射贴片上切角微扰和开U型槽实现右旋圆极化，并利用SIW背腔缝隙展宽波束.同时利用SIW背腔减小阵列单元间的互耦，实现宽角圆极化扫描.仿真与测试结果表明，天线阵列实现了扫描角为-53°~57°，3 dB波束宽度覆盖范围为-76°~79°，在主波束扫描覆盖范围内轴比（axial ratio，AR）均小于3 dB，且在扫描范围内增益变化平稳，可实现良好的宽角范围的圆极化扫描特性.     

水平对数周期天线空域极化

针对水平极化对数周期天线圆阵波束合成,分析了地面上短波对数周期天线空域极化特性.根据接收天线理论,推导了新的阵列流行,阐明了水平对数周期天线圆阵的内在极化机理.依据新的阵列流行,理论和实验分析了现有采用相位加权的波束合成方法的性能.指出了对于水平对数周期天线圆阵波束合成时,需要采用相位极化联合加权,仿真结果表明联合加权方法可以有效改善波束合成的效果.     

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。