极化可调控阵列天线的通用设计方法

本文应用无约束的最大功率传输效率（MMPTE）法来实现阵列天线的极化可调控设计。通过引入一个放置于远场区的极化控制接收天线,与待设计的阵列天线构成无线功率传输（WPT）系统,从而将天线阵列的极化可调控设计转化为天线阵列的最大功率传输效率问题。只要阵列本身在物理上存在实现极化可调控的可能性,就可以利用MMPTE计算出待设计阵列的激励分布,使发射阵列产生所需要的极化。该方法还能保证所设计的阵列天线同时具有高增益和低旁瓣。相比传统的多极化阵列设计方法,本文方法不依赖特定的单元选择和阵列排布方式,是一种极化可调控阵列的通用设计方法。     

一种新型圆极化可重构天线

本文利用最大功率传输效率法(MMPTE),通过4个相同左旋圆极化贴片单元作为子阵来实现阵列天线圆极化可重构.通过在被设计阵列(作为发射阵列)远场区引入极化控制接收天线,可以将整个收发系统看作一个无线功率传输系统,这样就可以把阵列天线的设计问题转换为一个天线之间的传输效率最优化的问题.通过调节接收天线的极化方式和接收位置...     

多波束阵列天线的稀疏化设计

讨论利用加权最大功率传输效率法(Weighted method of maximum power transmission efficiency,WMMPTE)实现多波束阵列天线的稀疏化,使得天线单元数目小于天线波束数数目.待设计天线与置于波束方向的测试天线形成无线功率传输系统,再利用WMMPTE优化可得到多波束阵列天...     

手持终端波束成形天线阵列的优化设计

设计了一款适用于移动手持终端的低剖面波束成形天线阵列。该天线阵列由八个结构相同的倒F天线组成,可以工作在GSM1900(1880~1920 MHz)、LTE2300(2300~2400 MHz)和LTE2500(2540~2620 MHz)三个频段。通过功率传输效率最大化理论,可以优化出该阵列在所需方向上的最佳激励。通过馈电电路板给8个天线单元提供优化的激励,可以将天线波束偏转到所需方向,并且保证天线在该方向上获得最大可能增益。天线阵列工作在2.45 GHz时,在x、y、z方向上的增益分别为7.80、6.03和7.20 dBi;相应地,在1.9 GHz时分别为6.67、5.27和6.05 dBi。     

基于GA的智能天线系统前端扇区阵列设计

使用遗传算法(Genetic Algorithm)设计了智能天线系统前端的扇区天线阵列。该天线阵列用于TD-SCDMA基站系统中。依据智能天线系统扇区覆盖模式(即广播波束)对方向图的要求，利用GA的全局搜索性能，综合了阵列结构及单元激励相位。对该阵列结构使用GA模拟了智能天线系统工作模式(业务波束)下所要求方向图的阵列激励幅度和相位。给出了实际的智能天线系统前端扇区天线阵列结构，对智能天线技术的应用具有重要意义。     

基于DFT通过采样远场方向图来确定阵列分布

利用天线阵列分布及其相应的阵列方向图与离散傅里叶变换对之间在数学上的同构,对不同空间角度上阵列方向图的采样值进行离散傅里叶变换(DFT)来重新确定天线阵列的激励分布.     

多约束条件下的阵列天线方向图可重构设计

介绍了一种多个约束条件下的阵列天线方向图可重构设计方法。在阵列激励功率种类与仅相位加权等条件的限制下,优化后的阵列天线多种方向图均满足了预设目标。首先,建立了多目标优化求解模型;然后,针对不同的问题采用了不同的优化方法进行求解。优化后的阵列采用了三种不同的功率组件,并在同一功率激励情况下采用不同的相位分布分别实现了低副瓣笔形波束、45°余割平方与22°扇形方向图的可重构设计,而且优化后的总输入功率较相同副瓣电平下的泰勒加权的总功率增加了约13%。     

采用FFT-PSO策略的多约束稀疏阵天线方向图综合

采用稀疏布阵的相控阵测控天线,阵元等幅激励时的阵列峰值副瓣电平无法满足指标要求.在考虑天线增益、半功率波束宽度等指标约束时设计了合适的适应度函数,并基于粒子群算法(PSO)对阵元激励幅度进行优化以降低天线副瓣电平.同时,分析了等间距栅格平面阵列天线方向图与离散傅里叶变换的关系,采用快速傅里叶变换(FFT)降低了阵列方向图计算复杂度.仿真结果表明,该方法可有效降低峰值副瓣电平和计算复杂度.     

编者按语

天线阵列是一类由许多天线单元规则或随机排列并适当激励获得预定方向图的特殊天线。为满足不同天线阵列方向图的要求,通过某种手段,获取天线阵列理想口径分布的过程,即为天线阵综合。经典的可用解析式表示的口径分布有Taylor、Chebyshev、Hamming、Gauss和余弦分布等等,也可用各种数值方法获取所需的口径分布。     

基于DE类功放的无线电能传输系统设计与分析

为了提高无线电能传输(WPT)的传输效率,提出了基于DE类功放的WPT系统。通过对WPT系统建立等效模型,得出了实现电路软开关的参数设计方法,在此基础上,利用拉普拉斯变换对DE类功放的动态过程建立了复频域模型,分析了耦合线圈距离变化对WPT系统的参数和性能的影响。最后利用PSpice仿真,得到所设计系统的最大传输效率为95.1%,功率为8.9 W,验证了理论分析和设计方法的正确性。     

Method for Adjusting Single Matching Network for High‐Power Transfer Efficiency of Wireless Power Transfer System

A wireless power transfer (WPT) system is generally designed with the optimum source and load impedance in order to achieve the maximum power transfer efficiency (PTE) at a specific coupling coefficient. Empirically or intuitively, however, it is well known that a high PTE can be attained by adjusting either the source or load impedance. In this paper, we estimate the maximum achievable PTE of WPT systems with the given load impedance, and propose the condition of source impedance for the maximum PTE. This condition can be reciprocally applied to the load impedance of a WPT system with the given source impedance. First, we review the transducer power gain of a two‐port network as the PTE of the WPT system. Next, we derive two candidate conditions, the critical coupling and the optimum conditions, from the transducer power gain. Finally, we compare the two conditions carefully, and the results therefore indicate that the optimum condition is more suitable for a highly efficient WPT system with a given load impedance.     

一种用于无线输能的2.45 GHz微带贴片整流天线

为了提高大信号输入下整流天线的整流效率,利用Ansoft Designer仿真软件,设计制作了一种工作在2.45 GHz的微带整流天线,接收天线采用二元串联微带矩形贴片阵列,单元贴片之间引入两个短枝节以调节方向图指向;整流电路采用二极管串联双管倍压电路。实验结果与仿真结果二者吻合良好,实测得到输入功率为100 mW时,微波-直流转换效率达到64%,同单管并联电路相比,大大提高了整流电路的输入功率,使整流天线的实际转换效率更高。     

Comparison of different antenna arrays for the BER reduction in indoor wireless communication

In this paper, we use the ultra wideband antenna array combined with particle swarm optimization (PSO) to minimize the BER for indoor communication systems. Three types of antenna arrays, namely the circular shape, L shape, and Y shape arrays, are used in the transmitter and their corresponding BER on several paths in the indoor environment are calculated. On the basis of the topography of the antenna array and the BER formula, the array pattern synthesis problem can be reformulated into an optimization problem and solved by the PSO. The novelties of our approach is not only choosing BER as the object function instead of the sidelobe level of the antenna pattern, but also considering the antenna feed length effect of each array element. The particle swarm optimization algorithm is employed to optimize the excitation voltages and feed lengths for these antenna arrays to reduce the BER. The strong point of the PSO is that it can find the solution even if the performance index cannot be formulated by simple equations. By the obtained antenna patterns, we can know the route with the lowest BER; meanwhile, transmission power using this route can be reduced. Numerical results show that the synthesized antenna array pattern is effective in focusing maximum gain to the line‐of‐sight path for these antenna arrays. The synthesized array pattern also can mitigate severe multipath fading in complex propagation environments. As a result, the BER can be reduced substantially in indoor ultra wideband communication systems. The investigated results can help communication engineers improve their planning and design of indoor wireless communication.Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

一种5.8GHz新颖混合结构的整流天线

整流天线决定了微波无线输电效率的高低。为了克服微带贴片整流天线需要钻孔,不利于大规模生产的问题,提出了一种新型5.8GHz混合结构的整流天线,接收面积大的矩形微带贴片构成接收天线,过渡到具有平行结构的共面带线,二极管和电容可方便地摆放在共面带线的两侧,避免了钻孔。试验表明该接收系统整流转换效率达到了78.2%,验证了设计的可行性。     

分集阵列式水下激光通信光学接收天线设计

针对水下无线激光通信系统中对准困难的问题,提出了一种分集阵列式光学接收天线,在光学设计软件Zemax中分别设计出了复合光学接收天线和分集阵列式光学接收天线的光学结构,分析了复合光学接收天线和分集阵列式光学接收天线的视场角、聚光效率以及光源移动范围,并且通过实验和Matlab仿真给出两种光学接收天线的聚光效率随光源径向移动范围和光源入射角的关系,结果表明:当光源尺寸10 mm时,复合光学接收天线的聚光效率是0.06%,接收视场角是6,光源径向移动范围是6 mm;分集阵列式光学接收天线的聚光效率是0.06%,接收视场角是16,光源径向移动范围是22 mm。因此分集阵列式光学接收天线更适用于水下激光通信系统。     

有源相控阵天线发射方向图测试简易方法

有源相控阵天线需要对接收和发射两种状态的天线方向图进行测试。现有天线测试远场只能进行接收态的方向图测试,介绍了在远场进行发射态方向图测试的一种简易方法。利用远场的测试转台和发射喇叭,使用频谱分析仪接收有源相控阵天线发射的数据,编制测试软件采集处理数据,即能实现有源相控阵天线发射方向图的测试。该测试方法简单易行。     

High-efficiency resonant coupled wireless power transfer via tunable impedance matching

For magnetic resonant coupled wireless power transfer (WPT), the axial movement of near-field coupled coils adversely degrades the power transfer efficiency (PTE) of the system and often creates sub-resonance. This paper presents a tunable impedance matching technique based on optimum coupling tuning to enhance the efficiency of resonant coupled WPT system. The optimum power transfer model is analysed from equivalent circuit model via reflected load principle, and the adequate matching are achieved through the optimum tuning of coupling coefficients at both the transmitting and receiving end of the system. Both simulations and experiments are performed to evaluate the theoretical model of the proposed matching technique, and results in a PTE over 80% at close coil proximity without shifting the original resonant frequency. Compared to the fixed coupled WPT, the extracted efficiency shows 15.1% and 19.9% improvements at the centre-to-centre misalignment of 10 and 70 cm, respectively. Applying this technique, the extracted S₂₁ parameter shows more than 10 dB improvements at both strong and weak couplings. Through the developed model, the optimum coupling tuning also significantly improves the performance over matching techniques using frequency tracking and tunable matching circuits.     

X波段高功率高效率延时组件设计

为了实现相控阵雷达的宽带宽角扫描,用延时器处理取代常规相控阵雷达中的移相器是一种有效的技术措施。文中研制了一种X波段高功率高效率延时组件,利用幅度/相位自补偿电路改善寄生调幅和寄生调相,通过增益链路分配和C类线性功放模式,实现了组件高效率和高增益,同时利用电磁仿真与热传输路径分析验证了可靠性,对相控阵雷达收发组件的设计和制造具有参考价值。根据实测结果,所有组件发射输出功率高于5 W,效率高于46.3%,延时相位精度优于±10°,延时寄生调幅低于±1.3 dB,组件接收增益为23.3±0.6 dB。     

用于无线能量传输系统的微带天线设计

本文提出一种用于组成无线能量传输(Wireless Power Transmission,WPT)系统的微带天线结构,并采用基于有限元法的电磁仿真软件(HFSS)对微带天线进行3D建模.在二端口网络分析法的基础上,建立磁耦合共振无线能量传输等效电路模型,求解出系统发生频率分叉现象产生的条件以及最大效率时的频率表达式.基于以上方法,研究本文设计的微带天线传输特性,包括:系统的最优传输效率与耦合距离的关系,工作频率与耦合距离的关系,得出在能量传输距离在50cm左右时,天线的谐振频率为12.5MHz,效率可达63%.微带天线具有很大的结构优势,如与集成电路兼容,成本低,体积相对较小,且工艺相当成熟,易大规模批量生产等优势.因此该设计的平面微带天线可用于无线能量传输系统.