一种低剖面可重构全向圆极化天线的设计

本文提出了一种低剖面极化可重构全向圆极化天线。该天线由一个1×4偶极子阵列天线和一个单极子天线组成,通过设计可重构馈电网络来激励这两部分子天线,可产生左右旋可切换的全向圆极化波。设计的馈电网络主要由一单刀双掷开关电路和一紧凑二阶3 dB耦合器组成,从而可输出幅度相等、相位差可在±90°间切换的两路信号。将馈电网络的两输出端口分别与水平极化的偶极子阵列天线和垂直极化的单极子天线相连,便可使天线在左旋圆极化(LHCP)和右旋圆极化(RHCP)两种辐射状态之间切换。设计的天线总体截面积为59.9×59.9×πmm²,天线厚度为0.058λ₀。测试结果表明,该天线在左右旋圆极化状态下的阻抗带宽(|S₁₁|<-10 dB)分别为21.5%(2.24～2.78 GHz)和19.4%(2.32～2.81 GHz)。全向左右旋圆极化状态的重叠轴比带宽(AR<3 dB)约为7%(2.44～2.62 GHz)。天线的最高增益为-0.9 dB,水平面增益波动小于1.3 dB。     

基于MEMS开关的方向图可重构天线的设计

设计了一种波束可重构天线,以实现宽带、宽角方向图可重构设计。该天线由4组具有不同波束指向的天线子阵组成,通过6个RF-MEMS开关控制其波束指向;采用的宽带单元天线,在2.4 GHz～3.4 GHz频率范围内(相对带宽34.5%),电压驻波比小于2。馈电网络的设计采用小型化宽带阻抗变换器,减小了馈电网络尺寸,并拓展了带宽。仿真结果表明,可重构天线实现了0°,25°,40°和50°的不同波束指向,除部分频点外,4种状态天线的驻波在2.5 GHz～3.25 GHz(相对带宽26%)带宽内驻波比均小于2。     

一种基于电调移相器的可重构天线

设计并实现了一种基于反射式移相器的极化可重构天线。该天线使用一对交叉摆放的领结型振子作为辐射单元,并在馈电网络中通过两路移相器调整双馈端口间的相位差实现线极化、左旋圆极化和右旋圆极化模式之间的切换。通过加载匹配枝节的方法扩展了反射式移相器的移相范围,提高了移相器的移相精度,降低了天线圆极化模式带内的轴比。所设计天线的中心频率为5.4 GHz,在线极化模式下10 dB 阻抗带宽为990 MHz,在圆极化模式下10 dB 阻抗带宽分别为760 MHz 和850 MHz,3 dB 轴比带宽分别为510 MHz和480 MHz。该天线在频带内具有稳定的波束方向图,其平均增益为5.3 dB,并且具有27 dB 的主极化-交叉极化隔离。最终的实测结果与仿真结果基本一致,表明该天线具有良好的性能。     

一种旋转馈电的圆极化微带阵列天线设计

为展宽微带天线的轴比带宽并提高增益,利用旋转馈电方法设计出一种小型化宽轴比高增益的圆极化微带阵列天线。天线由四个微带贴片单元和一个旋转馈电网络组成,每个贴片单元为引入半圆槽的切角矩形,且关于中心旋转对称;旋转馈电网络位于底层介质基板的表面,与四个贴片单元通过四个镀铜通孔相连。利用电磁仿真软件HFSS对天线的性能进行数值计算,阵列天线的-10 dB阻抗带宽为12.3%(4.71～5.33 GHz),3 dB轴比带宽为13.2%(4.67～5.33 GHz),峰值增益在5.2 GHz为9.02 dB。     

一种新颖的圆极化波导阵列天线设计

介绍了一种新型的Ku波段赋形圆极化波导缝隙阵列天线设计,采用矩形波导宽边纵向直缝隙耦合馈电四脊方形开口波导实现了波导天线的圆极化工作;采用波导窄边耦合器形式的功分器和配相波导组成的馈电网络,控制各线阵的幅度和相位,利用幅度和相位加权的方法实现了圆极化波导天线的波束赋形工作。基于项目需求设计、加工了一套24×16单元天线阵列,测试结果表明,该天线在3%的频段内轴向轴比优于3.0dB、驻波比优于1.6、赋形波束区域覆盖了-40°~0°的范围,满足了项目的指标要求。     

宽带高增益圆极化天线

设计了一种宽带高增益圆极化天线。天线采用双同轴线激励以及威尔金森功分器和90°相位比较器的馈电网络形式实现了天线的宽带圆极化特性。该馈电网络形式能在较宽的频带范围内保持稳定的幅度和相位。通过在蝶形天线外围引入方形环,增加了天线的有效辐射面积,从而显著提高了天线的增益。测试结果显示,该圆极化天线VSWR<1.5的阻抗带宽达到63.6%,3 dB轴比带宽达到66.7%,且在1.1~1.6 GHz频段范围内,右旋圆极化增益＞9.4 dB。     

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。     

基于SP馈电网络的超宽带圆极化天线设计

提出了一种基于顺序相移(SP)馈电网络的宽轴比圆极化微带阵列天线。该天线通过将四个相同的圆形贴片辐射器连接在SP馈电网络的输出端,形成2×2微带阵列天线以实现圆极化性能。为保持馈电网络的紧凑性和圆形贴片辐射器的宽带特性,设计了一种不规则局部接地的方法。为获得天线的定向辐射并提高增益,在介质基板下方7.4 mm处设置一金属反射板。经过HFSS仿真软件优化分析,所提出天线的总尺寸为65 mm×65 mm×8 mm,小于-10 dB阻抗带宽为5～8.6 GHz(52%),3 dB轴比带宽为5.72～8.16 GHz(35%),在圆极化工作频率范围内增益可达10～12 dB。对所提出天线进行实物加工与测试,测试结果和仿真结果较吻合。     

一种极化可重构的开口环缝微带天线

基于互补开口谐振环的结构设计了一种新型的极化可重构天线。与传统的180°对称开口谐振环不同的是采用90°夹角的开口结构,通过控制开口的状态,能够实现2. 6GHz 频率的左右圆极化和2.4GHz 线极化的转换。当天线左右开关状态不同的时候,天线的结构非对称,可将天线看做变形的开口谐振环,其能够实现圆极化;当天线左右开关都处于开的状态时,天线可以看做是双环缝微带天线,实现线极化。2.6GHz 的左右圆极化的3dB 轴比带宽为100MHz,-10dB 阻抗带宽2.20～2.80GHz(600MHz),2.4GHz 线极化的阻抗带宽是2.1～2.55GHz(450MHz),适用于无线移动通信。     

宽频带圆极化缝隙螺旋天线的设计

研究了一种宽阻抗带宽和宽圆极化轴比带宽的缝隙螺旋天线。天线印制在由FR4 介质基板构建的 方形柱状结构的内外表面,两组长短不同的缝隙螺旋臂印制在介质基板外表面并延伸至天线顶部;一条弯折的微带 线作为馈电网络印制在介质基板内表面,通过对各缝隙耦合馈电,实现天线宽阻抗带宽和轴比带宽。实测结果表 明:天线尺寸为0. 111λ0 ×0. 111λ0 ×0. 221λ0(λ0 为北斗B2 中心频率1. 207 GHz 对应的自由空间波长),S11 ≤ -10 dB 的阻抗带宽为1. 158~1. 778 GHz,轴比≤3 dB 的圆极化带宽为1. 133~1. 918 GHz。该天线采用缝隙螺旋结构,通过 简易的馈电网络实现天线小型化和宽频带特性,在卫星导航系统中具有较好的应用前景。     

一种新型极化可重构微带天线

利用互补开口谐振环(CSRR)结构提出了一种新型极化可重构微带天线。将CSRR 和一个PIN 二极管开关加载在天线的地板上,通过控制二极管开关的状态,可以实现左旋圆极化和线极化之间的切换,无需额外的偏置电路。利用仿真软件分析了CSRR 的尺寸和位置对天线圆极化特性的影响。所设计的天线工作在5. 8GHz 频段范围,测试结果与仿真结果吻合较好。实验结果表明,在圆极化状态下,中心频率5. 77GHz,-10dB 阻抗带宽约360MHz,最小轴比为1. 5dB,3dB 轴比带宽为80MHz;线极化状态下,中心频率5. 72GHz,-10dB 阻抗带宽约200MHz。天线增益均为6dB 左右,具有良好的方向性,可用于现代无线通信系统中。     

卫星导航终端的小型化方形四臂缝隙螺旋天线

设计了一种卫星导航终端的小型化四臂缝隙螺旋天线。天线为方形柱状结构,四条缝隙螺旋臂印制在介质基板外表面,馈电网络印制于介质基板内表面进行耦合馈电;馈电网络为弯折的微带线结构,并延伸至天线底部实现同轴馈电。天线尺寸为23.6 mm×23.6 mm×53.0 mm,实测结果表明,|S11 |≤-10 dB 的阻抗带宽为7.63%(1.512~1.632 GHz),轴比≤3 dB 的圆极化带宽为3.35% (1.556~1.609 GHz),在北斗B1频段中心频率(1.561 GHz)和GPS L1 频段中心频率(1.575 GHz)处增益分别达到4.31 dBi 和4.84 dBi。该天线采用缝隙螺旋结构,并通过简易的馈电网络耦合馈电实现螺旋天线的圆极化,结构小巧简单,适合批量生产,可应用于卫星导航系统终端设备。     

一种新型宽波束圆极化微带天线的设计

设计了一种新型宽波束圆极化微带天线,该天线采用四探针馈电,馈电网络由威尔金森功分器和传输线移相器组成,使四个馈电探针的相位依次相差π/2,实现了右旋圆极化辐射。通过Ansoft HFSS仿真结果表明：该微带天线结构简单、极化纯度高、全向性能好、轴比小于3dB的圆极化带宽达到27.7%,高于一般的微带圆极化天线（轴比小于3dB带宽约为15%）。天线可以很好地满足GPS通信的技术要求,也可用于无线局域网。     

一种新型布局的圆极化微带天线阵优化设计

提出了一款高增益低副瓣新型圆极化微带天线阵。单元天线采用叠层切角圆极化微带结构,通过八边形边界布局和顺序旋转交叠组阵技术,实现了天线阵方向性图的对称性和圆极化辐射性能的最优化;馈电网络采用威尔金森功分器和最大平坦式阻抗变换器实现不等功分宽带阻抗匹配,通过改进馈电方向寻求对称结构,简化了馈电网络的设计。制作了天线阵实物并进行了测量。测试结果表明:天线在3.2~4.6 GHz频段内S₁₁<-10 dB,阻抗相对带宽36%;在3.8~4.5 GHz频段内顶点轴比小于3 dB,圆极化相对带宽17%;在4~4.4 GHz频段内天线增益均在15 dB以上,最高增益达17 dB。     

一种用于5G MIMO 系统的宽带高增益圆极化天线

为提升5G无线通信系统容量,设计了一款基于V 形缝隙耦合馈电的宽带高增益圆极化天线。该天线采用双层辐射贴片结构,拓展天线的阻抗带宽,并分别在辐射贴片和寄生贴片上刻蚀一对半径不等、位置正交的双圆形缝隙,有效改善了天线的圆极化特性。通过加载平板反射器提高天线的前后比,实现良好的定向辐射。实测结果表明,驻波比小于2的阻抗带宽为53.55% (2.27~3.93 GHz),在半功率波束宽度范围内轴比小于3 dB,轴比带宽为27.38%(2.9~3.82 GHz),在工作频带内实测的天线平均增益达到8.22 dBi。该天线适合作为5G多天线系统中的智能天线单元进行自适应波束赋形。     

一种宽带宽波束圆极化微带天线的设计

文设计了一款宽带宽波束圆极化微带天线。 天线采用堆叠的双层圆贴片结构,结合四点顺序旋转馈电方式,实现了宽带圆极化辐射性能;在叠层圆贴片周边加载垂直接地金属柱环形阵,利用波束引向作用和等效零模谐振特性,在大带宽范围内实现了半功率波束宽度(HPBW)的有效展宽,并保证宽带宽波束内的圆极化辐射性能。 对天线进行了加工、测试。 实测结果表明,S11 小于-10 dB 的阻抗带宽( 4. 54 GHz ~ 11. 50 GHz)为 87%,覆盖了期望的应用工作频带6 GHz ~ 10 GHz;轴比小于3 dB 的带宽达到了33. 1%(6. 71 GHz~ 9. 36 GHz);HPBW 在6 GHz~ 8 GHz 范围内接近100°,在整个带宽内均超过 75°;除了 9. 5 GHz 以上频段,工作频带内的 6 dB 轴比波束宽度覆盖范围都接近 200°,表明天线在宽带和宽波束内具有良好的圆极化性能。     

Ku波段宽带高增益基片集成腔圆极化阵列天线北大核心CSCD

提出了一款应用于Ku波段的宽带高增益基片集成腔(Substrate Integrated Cavity,SIC)圆极化阵列天线。通过引入沿SIC口径面对角线放置的一对半月形寄生贴片和SIC底部馈电纵缝,使SIC中的TM_(211)和TM_(121)谐振模式幅值相等、相位相差90°,产生高增益圆极化辐射。同时,双寄生贴片还引入了一种背腔缝隙耦合振子圆极化辐射模式,扩宽了天线高增益圆极化辐射带宽。在此基础上,设计了一款2×2单元顺序旋转馈电的SIC圆极化阵列天线。阵列天线采用双层基片集成波导顺序相移馈电网络进行馈电,进一步增大了天线的圆极化带宽。综合考虑天线的-10 dB反射系数带宽、3 dB轴比带宽和3 dB增益带宽,测试结果表明,圆极化阵列天线的有效带宽为10.74-13.30 GHz(21.3%),在通带范围内最大增益为14.50 dBi。     

Ka频段宽带圆极化微带天线

面向Ka频段高通量卫星对天线的需求,设计了一种Ka频段宽带圆极化微带天线.天线单元主要由圆形辐射贴片和缝隙耦合馈电结构组成,通过两个类T形缝隙结合实现宽带圆极化.天线仅有三层金属层,结构简单.仿真结果显示,天线单元的相对阻抗带宽为31.5%(25.1～34.5 GHz),相对3 dB轴比带宽为20.3%(26.5～32.5 GHz).由于单元尺寸较小,不便于对其性能进行验证,因此利用该天线单元组成2×2天线阵列,并进行加工测试.仿真与试验结果表明,天线阵列阻抗带宽以及3 dB轴比带宽可以覆盖25.6～33.1 GHz频率范围,实测结果与仿真结果一致性良好.     

单馈点宽带圆极化交叉偶极子天线

基于传统交叉偶极子天线,设计了一款应用于全球定位系统(GPS)的宽带圆极化天线。该天线用一个50 Ω的同轴线给交叉偶极子馈电,通过一对四分之一空置印刷环使振子臂之间形成90°相位差以产生圆极化辐射。为了拓展阻抗带宽和轴比(AR)带宽,在耦合贴片上进行切角、开缝处理。Ansoft HFSS仿真结果显示,阻抗带宽(|S11|<-10 dB)为66.7%(1.141~2.283 GHz),3 dB轴比带宽为33.3%(1.347~1.885 GHz)。在工作频段内最大圆极化增益为8.2 dBi,圆极化特性良好,实现了带宽展宽的目的。     

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。