介质集成超宽带低剖面宽角扫描相控阵天线

为满足现代多功能雷达系统对带宽、剖面高度以及扫描性能的需求,提出了一种工作在2~6 GHz的超宽带相控阵天线. 组成该天线阵列的单元由双极化的印刷偶极子贴片、不平衡馈电巴伦、基于超表面的宽角阻抗匹配层（wide-angle impedance matching layer, WAIM）以及金属地板组成. 偶极子末端带接地柱的圆形耦合贴片增加了单元间的耦合强度,提高了工作带宽;基于超表面的WAIM的引入在提升天线扫描能力的同时降低了天线的剖面;天线各个介质层中进行了周期性的打孔以抑制共模谐振和表面波. 仿真结果表明,该天线单元在2~6 GHz的工作频带内,E面±60°和H面±60°扫描时能够实现有源驻波小于2.3,正交端口间的隔离度优于20 dB. 利用多层印刷电路板工艺,对天线实物进行了加工和测试,测试结果与仿真结果具有较好的一致性. 该相控阵天线具有超宽带、低剖面、宽角扫描以及全介质集成的特点,为多功能雷达系统提供了一种新的天线结构.     

基于超表面的超宽带低剖面宽角扫描相控阵天线

为满足多功能电子系统对天线带宽、天线剖面和波束覆盖范围的需求,提出了一种工作在6~18 GHz的平面双极化低剖面宽角扫描相控阵天线. 首先,为了抑制由非平衡短路式巴伦引入的天线带内寄生谐振模式从而拓展天线带宽,在天线阵列中加入了由短路金属柱和印制金属盘构成的脊型结构;然后,设计了基于超表面的宽角扫描阻抗匹配层,以降低波束扫描时的反射损耗;此外,在该天线的介质层中设计了周期性分布的空气孔,以降低天线辐射体周围的有效介电常数,进而消除波束扫描时的表面波激励. 基于上述方法,利用多层印制电路板工艺,在保持天线低剖面特性的同时实现了超宽带宽角扫描性能. 仿真结果表明,该阵列在典型方位角φ=90°和φ=0°分别具备±75°和±60°的波束扫描能力,且阵列剖面高度小于3.52 mm. 为了验证该设计的正确性,制作了一个阵列规模为8×8的双极化天线样机并对其进行实验,实验结果与仿真结果吻合较好. 该天线具有超宽带、低剖面、宽角扫描特点,为多功能电子系统提供了一种新颖的天线阵结构.     

宽带宽角扫描双极化阵列天线设计

设计了一种宽带宽角扫描双极化vivaldi阵列天线。通过微带线向槽线耦合馈电,设计了工作于1～6 GHz的vivaldi双极化天线阵,并对加工的实物进行了测试。阵中单元驻波小于1.5,天线阵两维扫描角度达到±60°。试验结果表明,该天线在电子对抗、宽带通信等领域具有很大的应用价值。     

一种宽带宽角双极化相控阵天线单元研究

设计了一种宽带宽角双极化相控阵天线单元,该天线单元采用指数渐变开槽天线形式,并设计了金属匹配柱安装在双极化天线单元之间,保证了开槽天线的接地连续问题。依次给出了该双极化天线单元的仿真设计、阵列样机的性能测试,从仿真和测试结果中可以看出,该双极化天线在3倍频程带宽内具有良好的匹配和辐射特性,并且能实现大角度二维扫描。该双极化天线单元具有宽频带、体积小、结构简单等特点,适于用作宽带宽角扫描相控阵天线的阵列单元。     

一种低剖面宽带宽角扫描阵列天线的设计

基于超材料技术理念,在考虑阵元间互耦效应下,优化设计了一种低剖面宽带宽角扫描阵列天线,使该阵列剖面为最低工作频率的四分之一波长,相对带宽达55%下,工作频段内中心阵元的平均工作效率高达87%以上,30o扫描角范围内的平均有源驻波系数小于2.0,其阵元方向图E面、H面的半功率波瓣宽度大于60o。研制的6伊8阵列样机测试结果说明了阵列天线具有良好的宽带宽角扫描特性,同时该天线具有结构紧凑、重量轻和易于实现的特点,在相控阵雷达天线中有很大的应用价值。     

一种新型宽带双极化低剖面复合式阵列天线

提出了一种利用多种形式的辐射贴片阵元组成的复合式阵列天线。阵元采用了多种形式的馈电方法。部分阵元和馈电微带线直接连接馈电,其他阵元和馈电微带线采用电磁耦合进行馈电。通过优化辐射贴片的形状、对应的馈电方法、辐射贴片连接端的阻抗调节块、阵列单元之间的阻抗调节段,在宽频带内不但获得了良好的阻抗特性,也实现了期望的赋形辐射方向图。测试结果表明,该阵列天线高度小于中心频率的0.06个波长,相对阻抗带宽(驻波比小于1.45)和辐射带宽分别超过23%和17%。     

一种低剖面超宽带强耦合相控阵天线

为适应多功能、一体化、集成化的应用需求,相控阵天线正朝着超宽带、小型化、轻量化方向发展。 本文基于强 耦合技术,设计了一种低剖面超宽带强耦合相控阵天线。 天线单元由超表面宽角匹配层、辐射振子、Marchand 馈电巴伦以 及反射地板组成。 通过偶极子双臂的上下层交叠实现强耦合效应。 通过仿真设计,该强耦合天线在 1. 4 GHz~ 6 GHz 频带 内 0° ~ 50°扫描角度下天线的有源驻波均小于 3. 2,具有良好的阻抗匹配带宽。 最后,对 18×36 规模的阵列天线进行测试, 验证了实测与仿真结果一致。     

一种宽带宽角扫描相控阵天线的设计

给出了一种宽带不等间距相控阵天线的设计方法,利用该方法实现4.5个倍频内对方向图栅瓣的抑制和±30°波束扫描.文中首先从理论上分析了不等间距阵列的宽带特性,然后对以微带Vivaldi天线为辐射单元的16单元不等间距阵进行了仿真设计,最后对不等间距阵列天线进行了加工实测,实测结果与仿真结果一致,验证了设计方法的正确性.     

毫米波双极化宽带宽角扫描封装天线设计

由于封装天线(AiP)具有高集成度的特点,在封装集成环境下实现双极化结构设计和宽带宽角性能是一个不小的挑战。于是文中基于低温共烧陶瓷(LTCC)工艺,使用正交磁电(ME)偶极子天线,引入桥接方法设计正交臂,提升了天线单元的集成度和偶极子天线的耦合效率,解决了双极化封装天线高集成排布的问题。同时为了进一步提升天线带宽,设计了一种新型类蝶形寄生贴片,最终实现了毫米波Ka 频段宽带宽角双极化封装天线的优化和实物加工。基于所加工的9×9 双极化阵列(36. 50×36. 50×1. 25 mm3),对阵中单元有源驻波及阵列扫描方向图进行了性能测试及评估,阵中单元阻抗带宽高达24. 1%(31. 4 GHz~40. 0 GHz ),中心频点处阵列扫描方向图3 dB 波束宽度大于±70°,实现了集成封装环境下小间距阵列良好的宽带宽角特性,能够很好地满足轻薄化宽带宽角扫描毫米波相控阵系统的应用需求。     

一种双极化 L 型探针馈电宽带相控天线阵列

本文提出了一种可实现双极化的宽频带低剖面的相控微带天线阵列,为实现宽频带特性,该阵列天线采用了 L 型探针馈电结构以及贴片开槽结构的设计。 在天线单元的设计过程中,结合仿真验证,分析了关键参数对于天线单元驻 波曲线变化的影响。 该天线的剖面高度为 3. 56 mm,约为高频波长的 0. 15 倍,可满足低剖面高度相控阵天线的应用需求。 仿真结果表明,该天线阵列在±45°的扫描角域内可实现 64. 9%(有源驻波比≤2. 5)的相对带宽,在±60°的扫描角域内可 实现 57. 9%(有源驻波比≤3)的相对带宽,且具有良好的极化纯度。     

轻薄化天线阵面架构技术研究

新的作战样式出现和平台多功能一体化的发展趋势,对传统的雷达、电子战、通信装备构成了巨大挑战,也对其中的天线阵面提出了更高的技术要求。来自于需求的牵引和新技术的推动,天线阵面技术得到飞速发展,轻薄化为重要的发展方向之一,其中架构设计是决定阵面形态和性能的关键环节。文章从架构特点、技术途径和路线、关键技术、发展趋势这几个方面阐述了轻薄化天线阵面的技术现状和阵面架构设计中所采用的基本思路和研究方法,为技术的工程实现提供参考。轻薄化天线阵面未来还将呈现智能化、数字化、模块化、网络化的特征。     

宽频带宽扫描角多极化相控阵天线设计

为更有效地探测各类目标,设计了一种小型化宽带双极化天线。工作频段内天线单元驻波比(VSWR)≤2.5,单元辐射性能优良,波束宽度能够满足阵列扫描所需的覆盖空域。根据阵列天线理论分析,实现了阵列多极化形成与波束扫描同步。通过样机实测结果表明,该天线在f0~3f0的频段内实现了多极化,扫描覆盖空域为方位面±45o和俯仰±20o。     

一种电磁耦合馈电宽带宽角扫描微带天线阵列

文中提出一种可实现宽频带大角度波束扫描的低剖面相控阵微带贴片天线。为实现宽带特性,该阵列天线采用了缝隙电磁耦合馈电和双层贴片的设计。由于介质基板的堆叠,微带贴片阵列在高频大角度扫描时往往会受到表面波的影响,从而引发高次模谐振并带来扫描盲区。针对这一现象,通过对堆叠的介质基板开槽抑制表面波传播,从而改善高频的阻抗匹配特性。此外,还在贴片两侧加载寄生条带以优化低频阻抗匹配,拓展带宽并保持低剖面外形。该天线剖面高度仅4. 6 mm,约为高频波长的0. 19 倍,可满足许多低剖面载体平台的应用需求。仿真结果显示,该天线在±45°扫描和±60°扫描时可分别实现57. 9%(有源驻波比≤2. 25)和44. 4%(有源驻波比≤2. 75)的相对带宽。基于该设计加工了一款8×8 阵列样机。阵列样机的驻波及方向图测试结果与8×8 阵列的全波仿真结果吻合良好,有效验证了该微带贴片天线阵列的宽带和宽角扫描特性。     

Ku频段宽带相控阵天线技术研究

阵列天线易于实现高增益、波束扫描及波束赋形等功能,成为现代无线通信、导航、雷达等信息系统收发信号的主要手段。为满足高速率、广覆盖、多功能等发展需求,现代无线信息系统要求阵列天线具有宽工作带宽、宽角波束扫描能力及平面化、低剖面等特性。为此,文中以Ku频段、低剖面、宽频带相控阵天线为研究方向,基于微带天线宽带化技术、L型探针耦合馈电技术及加载等效腔体结构,开展微带天线的宽带化和相控阵天线的宽角扫描技术研究。文中提出了一种基于L型探针耦合馈电结构的具有宽带、宽角扫描能力的8×8阵列天线。实测结果表明,在VSWR<3时,在13.0～18.0 GHz阻抗带宽内(相对带宽为32.3%),该阵列天线在E面和H面均可实现±60°的扫描覆盖范围。实测结果和仿真结果具有较好的一致性。     

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。     

新型低剖面辐射单元及小型双极化天线

基站天线大都利用对称振子辐射单元组成,而常规对称振子的高度通常为工作中心频率的1/4 波长左右。提出一种新型的低剖面对称振子辐射单元,高度只为工作中心频率的1/8 波长,在1. 71 ~2. 17GHz 的宽频带范围内,具有良好的阻抗特性和辐射特性。采用电磁仿真软件ANSOFT HFSS 建模仿真,实现了一款小型双极化天线,其体积达到同频率常规天线的一半,而且实测结果与仿真数据相吻合。该天线性能稳定,造价成本低,实用价值很大。     

5G大规模紧耦合阵列天线研究

介绍了5G移动通信技术的概念、背景、发展历程以及大规模阵列天线对于5G移动通信系统的重要性;详细阐述了二维、三维阵列天线的基本原理和相关理论;在此基础上,重点介绍了紧耦合阵列天线,其具有体积小、带宽大等技术优势,是5G大规模阵列天线研究的重要方向;详细阐述了紧耦合阵列天线的构成、设计方法和设计步骤,设计出了一种高性能5×5的紧耦合阵列天线.