基片集成波导宽带四路滤波功分器的设计

根据基片集成波导(substrate integrated waveguide,SIW)和传统矩形波导的等效关系,设计了一款基于SIW结构小型化的宽带四路滤波等功分器.通过同轴线在波导中心馈电,输出端口采用微带输出的方式,且输出等幅同相.四排金属孔将波导平均分成4个腔,腔体中同时存在3种模式(TE101/TE102/TE201),实现三模带通;利用感性孔的微扰抑制高次模(TE202),提高阻带性能.实测工作带宽不小于2.5 GHz,中心频率10 GHz.该四路滤波功分器具有体积小、制作简单、方便与其他电路集成等优势.     

CPW 馈电的高隔离度一阻带 UWB-MIMO 天线设计

针对目前超宽带多输入多输出( ultra wideband multiple-input multiple,UWB-MIMO)天线仍存在的尺寸大、端口隔离不 够高、抗干扰能力弱等缺陷,设计了一款使用共面波导馈电( coplanar waveguide feed,CPW) 馈电的小型化具有陷波特性的 UWB-MIMO 缝隙天线,通过将方形辐射贴片切角来拓宽带宽,两天线单元地板互联,并在天线单元间增加栅栏形解耦枝节来 提高天线的隔离度。 天线尺寸仅为 30 mm × 56 mm × 0. 8 mm。 此外,在方形辐射贴片上刻蚀了开口谐振环( split ring resonator,SSR)结构的 C 形槽,可滤除 WLAN 频段信号( 5. 15 ~ 5. 85 GHz)对 UWB 系统的干扰。 天线的实测结果表明,该天 线工作频段为 2. 73 ~ 10. 71 GHz,端口隔离度小于- 20 dB,包络相关系数 ECC< 0. 01。 实验结果表明该天线适用于 UWBMIMO 通信系统。     

基于SIW的宽频带喇叭天线设计

设计了一款具有宽频带高前后比的基片集成波导H面喇叭天线。该天线通过在基片集成波导喇叭的口径前端加载半圆形介质基片和半圆形金属片结构,实现了天线阻抗带宽的展宽及天线前后比的提高,此时天线整体尺寸为16λ×32λ mm。仿真结果表明,天线S11＜-10 dB的频率范围为228～282 GHz,相对带宽达到21%;在23～26 GHz的频率范围内,天线前后比始终大于13 dB,天线最大增益能够达到122 dB,且在较宽频率范围内天线增益保持稳定。相较于其他基片集成波导喇叭天线,该天线结构更加简单,具有更好的带宽、增益及前后比。     

应用于超宽带天线的新型小型化阻带FSS设计

对传统的频率选择表面(FSS)进行研究与改进,提出了一种新型的超宽带(UWB)阻带FSS,采用新型单元结构形状,在2.5～11GHz频段内具有较好的阻带特性。并且在极大带宽的范围内实现同向反射。相比于其他同性能FSS结构,本设计FSS结构具有如下特点,尺寸小:面积与传统的FSS结构相比较能够减小一半左右;结构简单:改善了传统FSS结构复杂、多层叠加的缺点;频带宽:能够覆盖8.5 GHz频带带宽。提出的FSS结构具有广阔的应用范围,如雷达罩(通过安装FSS减少雷达散射截面积)、吸波材料和准光滤波器等,与超宽带天线组合应用,利用其阻带特性,能够减小超宽带全向天线的后向辐射,实现天线辐射的单向性,改善天线的阻抗特性,提高天线增益。     

宽带微带天线阵的研究与设计

微带天线具有轻的重量、较小的体积及散射截面等特点,可设计为无线电高度表的天线。采用组阵的方式把矩形贴片单元组成宽频带,高增益的阵列天线,增加基板厚度扩展频带,良好的多枝节阻抗匹配获得较大增益。应用此结构设计四元微带天线阵,中心频率为4．3 GHz ,带宽BW＞200 M Hz ,采用等幅并联馈电的方式,通过 HFSS进行仿真优化,仿真结果显示驻波比小于2,最大增益为11．3 dB ,3 dB波束宽度约为46°。实测结果为：驻波比小于2频带扩展到4．08～4．52 GHz ,最大增益为10．33 dB ,达到设计要求。该天线阵简单的结构,良好的特性可运用到小型飞行器高度表系统中。     

0.2～2.5 GHz改进型超宽带双脊喇叭天线的设计与实现

同轴-双脊转换结构是超宽带双脊喇叭天线设计的重点,它不仅能影响天线的驻波特性,也会影响天线的辐射特性。设计了一款用于电磁兼容测试的0.2-2.5 GHz超宽带双脊喇叭天线,采用了新的同轴-脊波导转换结构,改善了天线的驻波特性和增益特性。采用HFSS软件对天线进行建模和仿真,仿真结果表明天线在0.2-2.5 GHz频带内具有良好的驻波,其值小于2.2,同时天线方向图在高频时未发生波瓣分裂,最后加工制作天线实物并对其参数进行测量,测试结果与仿真结果基本一致。     

用于电气设备局部放电超高频信号监测的0.4~1GHz分形天线

为检测电气设备局部放电的超高频(UHF)信号,设计了一种新型超宽带分形天线。该天线融合了分形技术与共面波导技术,从而具有超宽带的特性。对天线的几何参数进行了优化仿真,结果表明:该天线的电压驻波比(VSWR)2的频带范围为0.4~1 GHz,在频带内方向性良好,能够实现全向辐射;天线具有较高增益,在0.4~1 GHz频带内平均增益约为1.5 dB;天线尺寸较小,厚度仅为1 mm。搭建了相应的试验平台,对天线的实际应用效果进行了测试,结果表明:所设计的天线具有高增益、高信噪比,可以有效地检测到0.4~1 GHz频带内的超高频信号。因此这种天线在电气设备局部放电在线监测领域具有一定的应用前景。     

截止波导管在腔体屏蔽中的应用研究

依据波导管的高通滤波性能,设计了一种带有波导管结构的金属屏蔽腔体.采用HFSS有限元仿真软件,分别仿真了矩形孔和加了一段矩形波导管的腔体模型,分析了在1.0～2.0 GHz频率范围内屏蔽效能和电磁场强度变化.并进一步研究了平面波不同极化方向以及波导管长度对腔体屏蔽效能的影响,得出E0沿Y轴(沿短边)极化整体屏蔽效能最好...     

基于布洛赫型类畴壁的纳米尺度高速磁振子波导:模型与仿真分析

提出利用硬磁层和软磁层间的强交换耦合作用形成布洛赫型类畴壁通道来传输自旋波。微磁模拟的结果表明,0～80 GHz频率下激发的自旋波被有效地限制在波导的传输通道内。而且,根据25 GHz下激发的自旋波的传输特性,发现这种结构的波导与通常奈尔型畴壁磁振子波导相比,自旋波传输速度更快,传输的通道更小型化。这项工作为设计纳米级高自旋波传输速度的磁振子波导及器件提供了一种新的可行方法。     

Ka波段波导-带状线转换结构

提出了一种Ka波段波导 带状线转换结构,通过在多层介质板上地层的椭圆形开孔与两个椭圆形金属贴片结构完成带状线与波导之间的电磁耦合与匹配设计,实现了Ka波段信号在波导与带状线之间的相互转换。同时将背靠背波导 带状线转换结构在三维电磁场仿真软件中进行了建模和优化仿真。经过加工与测试,结果表明,在32.3~38.3 GHz的频带内输入与输出回波损耗小于-10 dB,插入损耗小于1.2 dB。该Ka波段波导 带状线转换结构具备良好的性能,且具有结构简单、加工方便等优点,在毫米波电路设计方面具有较高的应用价值。     

共面波导馈电的超宽带天线研究

设计了一种共面波导馈电的超宽带(UWB)天线,其阻抗带宽达到341%。所设计的天线印刷在尺寸为28mm×21mm×1.6mm,介电常数为2.65的聚四氟乙烯介质基板上。同时为了实现该天线与WLAN(5.725~5.825GHz)系统的协同工作,本文在共面波导的地面上刻蚀一个矩形槽,实现UWB与WLAN系统的兼容。利用高频结构仿真软件HFSS对影响天线性能的主要物理参数进行仿真、分析和优化,得到天线的优化尺寸。实验结果表明,该天线比传统微带贴片天线性能有了较大的提高,从而表明了利用共面波导馈电和刻蚀矩形槽的天线设计方法实现多种宽带通信系统兼容的可行性和有效性。     

一种基于方向图重构机制的宽带宽视角相控阵天线

本文提出了一款风车形方向图可重构单元及其作为阵元的二维平面宽带宽视角扫描相控阵天线。所提出的单馈方向图可重构单元天线由辐射贴片、直流偏置电路以及宽带人工磁导体(Artificial Magnetic Conductor, AMC)反射面构成。其中,辐射贴片为馈电结构可重构的四个Vivaldi缝隙组成的风车形贴片,它能够通过改变PIN二极管的通断以实现宽带内四个端射方向上的波束切换。此外,将AMC反射面加载于辐射结构的后端,使得最大辐射方向由原来的端射方向调整为准端射方向,这样有利于单元天线组阵后的扫描波束能够覆盖到侧射方向。对该天线单元及其构建的8×8均匀平面相控阵天线进行了仿真与分析。仿真结果显示,所设计的阵列天线同时具备了宽带宽视角二维波束扫描性能,其在5.4 ~ 6.1 GHz的工作频带内可以实现±60°范围内的二维波束扫描。同时,阵列的增益波动小于4.3 dB,并且具有较低的旁瓣电平。     

L波段矩形切角圆极化微带天线的设计

设计了一种工作在L波段（中心频率为1.6GHz）的圆极化微带天线,此天线在很宽的波束范围内实现了良好的圆极化特性（±60°角度范围内,圆极化轴比AR〈3dB）,天线采用传统的同轴线背馈的馈电方式,整体结构简单,制作成本低,并且实现了天线的低剖面性,具有广泛的应用价值。     

Symmetric dual-mode filter based on substrate integrated waveguide (SIW)

A planar four-pole dual-mode filter with symmetric transmission response based on substrate integrated waveguide (SIW) is proposed. The filter centered at 10 GHz, consisting of two TE₁₀₂–TE₂₀₁ dual-mode SIW cavities, is implemented in a single layer substrate by PCB process. A linear microstrip taper is used to implement the transition between 50 Ω microstrip and SIW. The measured results are in agreement with simulated results.     

基于HFSS的双脊喇叭天线的设计与仿真

宽带喇叭天线在测量,雷达及通信系统上的应用已愈来愈广泛。利用电磁仿真软件HFSS,给出了一种宽带双脊喇叭天线的仿真模型及其各部分结构的具体设计方法,并结合实际的工程需要,设计了一幅频率范围为1GHz～18GHz的宽带双脊喇叭天线,通过对其电性能参数进行仿真及测量。结果显示:驻波比在1.6GHz～18GHz的范围内小于2.5,在整个频段上,增益大于10dB,三维方向图在15GHz时主瓣才开始出现分裂,并且随着频率的升高,直到18GHz主瓣也没有出现大的凹陷。设计的天线能够满足更高的工程要求。     

High-quality coplanar waveguide tunable band-stop filter using defected ground structure and comb-line resonator with radio frequency microelectromechanical system varactors

A new analog tunable Ka-band band-stop filter is proposed on high resistivity silicon (HRS) substrate using radio frequency microelectromechanical systems (RF MEMS) varactors for satellite and radar applications. The designed filter uses a λ/4 comb-line resonator on the center line of a coplanar waveguide (CPW) with a new uncommon defected ground structure (DGS). Using the DGS in the proposed structure not only decreases the lateral size of the filter but also increases the quality factor. The tuning range of the proposed filter is 29.8–35.6 GHz with a maximum actuation voltage of 44.5 V and a band rejection between 37 and 45 dB. The quality factors of the designed filter in the up and down states of the MEMS varactors are 162 and 292, respectively. The equivalent circuit model of the filter is exactly extracted, and DGS dimensions are optimized. Based on the frequency simulation using ANSOFT HFSS 14, the insertion loss of the designed filter is about 0.51 dB in the 0–20 GHz range and 2 dB in the 0–15 GHz range in, respectively, up and down state of the bridge. The return losses are 0.51 and 0.33 dB at the center frequency for the up- and down-state configuration of the bridge. A step-by-step fabrication process is also proposed for designing the band-stop filter. High quality factor, small size, and improved structure are the advantages of the proposed design.     

Ferroelectric tunable coplanar waveguide components for Ku- and K-band and applications

Abstract

The main objective of this research is to study the effect of inserting a Barium Strontium Titanate (BSTO) ferroelectric tuning layer in coplanar waveguide (CPW) and conductor-backed CPW (CBCPW) components. The modeled components include CPW and CBCPW transmission lines (with and without a dielectric filling between the center conductor and the ground planes). We have modeled the characteristic impedance (Z₀), effective dielectric constant (ε_eff), attenuation and dispersion as a function of circuit geometry and the ferroelectric thin-film's dielectric properties over the 10–20 GHz frequency range. We found that the presence of a ferroelectric layer between the transmission line and the ground planes improves the percentage change in ε_eff by almost two-fold with respect to a CPW deprived of this layer. This result is significant, as one could obtain larger frequency tunability with relatively lower applied fields compared to regular CPW or microstrip lines.     

一种高功率微波有源相控阵天线单元设计

根据工程需要,本文提出了一种新型高功率微波有源相控阵天线单元,通过改造同轴波导变换器结构提升了功率容量和驻波特性,在同轴探针与阶梯波导之间引入方形金属块实现阻抗匹配,在波导末端添加过渡腔和匹配槽结构,并在喇叭段加入了单脊结构改变了波导阻抗,单脊伸出口径面降低了反射系数,进一步提升了功率容量。在X波段内VSWR小于2,带宽提升为1.25GHz,功率容量为33.24kW,比常规同轴波导变换器下喇叭天线功率容量提升了230％,7×7相控阵阵面可以实现1.62MW的发射功率,具备高功率微波发射能力。阵列可实现±30°圆锥扫描,满足高功率宽角度扫描的需求。