分形天线工程及其新进展

分形电动力学在上世纪80年代中期由分形与电动力学相结合产生之后得到了蓬勃发展,分形天线工程就是其中一个重要应用方向.本文首先简要介绍分形概念,然后回顾了分形天线工程的产生背景和发展,研究领域与方法,最后简介了分形天线工程几个研究新方向.     

基于分形的低副瓣天线阵列研究

通过对Cantor集线阵及其补集、同心圆环分形阵的阵列因子方向图特性的分析,指出大间距的分形阵列方向图具有高副瓣的缺点,提出了通过分形阵列阵元的锥削密度加权和少量大间距单元幅度加权相结合的方法来抑制副瓣,改善分形阵的方向图性能,给出了两种具有分形特点的高效率、低副瓣阵列形式和实际测试结果,为分形天线阵列的工程化应用提供了思路。     

Thinning of 2D and 3D Fractal Antenna Arrays with Bounded and Unbounded Fractal Distribution Functions for Celestial Communications

Fractal antenna arrays are geometry‐based thinned arrays having multiband applications. The major challenge of these arrays is their large number of elements at higher expansion factors. This article presents the thinning of fractal antenna arrays while maintaining an appropriate balance between the side lobe level and beam width by using various quantized fractal distribution functions. A 2D square fractal antenna array and 3DSierpinski gasket antenna array are considered in this article to validate the proposed distribution functions. Nearly one third of the antenna elements are thinned in each successive iteration except in the case of a one‐count distribution function. The proposed technique can simplify practical implementation and exhibits better performance for various parameters such as the side lobe level, side lobe angle, and half power beam width than fully populated fractal antenna arrays.     

平面近场天线多任务测试系统工程设计

提出了一种平面近场天线多任务测试系统的工程设计方法,该方法通过增加多功能天线测试控制器和远控微波开关对传统平面近场测试系统进行升级,使其具备对平面相控阵雷达天线多频点、多波位、多通道一次最多可测试35个天线方向图的测试能力。对新引入的幅相误差及扫描面截断误差进行了计算分析。大型相控阵天线的实测结果表明,在提高测试效率的同时,其测试精度亦能满足测试要求。     

分形天线的特性分析及其在MIMO天线中的应用

分形最基本的特征是自相似特性与分数维,可以很好地应用于设计天线.与传统天线相比,在性能保持相近的情况下,分形天线表现出两个突出的优势:减小天线尺寸和使天线在多频带下工作.文中以Koch天线、分形树天线和分形环天线为例,说明了分形天线减小天线尺寸的优势;以Sierpinski基垫天线为例,说明了分形天线增加天线工作频带的优势.还对Minkowski分形天线阵列进行了分析,表明作为天线阵列单元的分形天线,可以提高天线阵的辐射特性.文中提出了将Minkowski分形天线应用于多输入输出(MIMO)天线中.     

波导平板裂缝天线阵的设计

利用商业软件HFSS的S参数仿真结果,采用等效网络法对矩形波导宽边纵缝进行互耦环境下的导纳计算;并利用天线远场幅度、相位方向图仿真结果,采用口径场反演方法,对阵中辐射缝参数进行修正。通过设计实例,验证了该方法非常适合于平板裂缝天线阵的设计,有效地提高了设计效率。     

Sierpinski分形天线特性分析

Sierpinski分形天线的结构具有自相似性,从而天线具有良好的多频带特性。文中主要研究了Sierpinski分形天线频带位置随天线张角和比例因子变化的一般规律,并简要的分析了Sierpinski分形天线阵,绘出了其远场方向图,讨论了其低副瓣特性。     

基于Weierstrass函数的分形天线阵辐射特性分析

分形天线是分形几何和天线技术交叉的产物,分形概念用于天线阵的工程合成,有助于将等幅度面阵和随机面阵的优点结合起来,将分形的自相似特征用于随机面阵设计有助于控制旁瓣区域的天线方向图。基于维尔斯特拉斯(Weierstrass)广义函数,研究天线阵排列系数函数的连续和不可微分的特性,通过对天线阵的分形电动力学和天线阵可实现性条件的研究分析,给出天线阵合成示例,得到Weierstrass不同尺寸天线阵的辐射特性与分形因子的作用关系。指出雷达天线阵列在结构、频带、副瓣等方面需要进行改进。     

平面相控阵宽角扫描技术

宽角扫描技术是近年来平面相控阵研究领域的热点和难点。从2008年起,电子科技大学计算电磁学团队便开展了相关研究工作,提出了利用方向图可重构技术突破平面相控阵宽角扫描瓶颈的理论和实验方案,并逐步发展了基于电磁镜像原理、表面波辅助设计、磁流源技术、非周期阵列和时间反演自适应优化等理论和方法,用于实现平面相控阵宽角扫描。文章回顾了该团队在平面相控阵宽角扫描领域的研究历程,并对其研究发展做出展望。     

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.     

低旁瓣球面共形随机稀疏阵列

针对平面阵列不能实现大范围空域扫描,角度分辨率不高的缺点,对比分析了球面共形阵列的辐射优点,后采用均匀随机排列的方法对球面共形阵列进行稀疏,最终在高角度分辨率和较低成本间实现了很好的性价比折衷,有很大实际意义。     

新型平面树状分形偶极子贴片天线的设计

提出了一种采用弧形分支的新型树状分形偶极子天线,简要介绍了树状分形天线的研究进展,设计了一种新型树状分形天线,并采用一种简单的巴伦馈电结构.二阶分形天线与0阶相比,工作频率下降了37.5%.对二阶分形天线进行了实物加工与测量,实验结果与仿真结果吻合较好.     

平板裂缝天线子阵激励装置设计及带宽分析

子阵激励装置的带宽特性对平板裂缝天线的波瓣带宽和驻波带宽有着重要影响,本文针对目前国内外常用的各种阵激励形成的带宽特性作了一些分析,并给出了其中几种阵激励形成的设计计算,文中主要讨论,分析了几种子阵激励装置的相位带宽和驻波带宽,并给出了相应的仿真结果和实验验证结果,为工程应用提供了设计参考。     

平面相控阵天线极限扫描空域分析

基于平面相控阵天线单元间距由设定的扫描空域中不出现栅瓣条件确定，分析了在选定矩形栅格和三角形栅格的阵列单元间距后，平面相控阵天线的极限扫描空域，揭示了相控阵天线尚未被充分利用的扫描资源。     

用于天线RCS减缩的分形微带贴片天线

本文给出一种分形微带天线在天线雷达散射截面(RCS)减缩中应用的示例.分形结构具有独特的空间填充性能,利用该性能可以探索分形天线在天线RCS减缩中的应用.设计出的分形天线与常规天线的辐射性能进行了比较,可以看出分形天线基本保持了原辐射性能.同时比较了两者的散射性能,可以看出分形天线有一定的RCS减缩效果.本文的内容对天线隐身有一定的借鉴作用.     

宽带平面微带贴片天线阵设计

在分析了一种结构简单且具有宽带特性的双层贴近耦合微带贴片天线的基础上,通过计算阵列单元间E面和H面的互耦效应,确定了合适的阵元间距,并采用简单的T型等分功分器组成并联馈电网络,实际制作并测试了一个8×8元宽带平面天线阵。天线阵中心频率f0=12.5GHz,阻抗带宽大于16.0%(驻波比VSWR<2.0),增益大于22.5dB。这种结构的平面天线阵在卫星通信等领域应用前景广阔。     

通道响应失配对星载平面阵列多波束天线波束成形的影响

本文以星载平面阵列多波束天线为研究对象,建立了平面阵的数学模型,并给出天线的阵列方向图。研究了通道响应失配对天线波束成形的影响并给出仿真结果。分析表明:波束成形对通道响应一致性有很高的要求,必须对多通道接收机进行幅相一致性的校正。在卫星通信对多波束天线的要求下给出了幅相误差的可容忍范围,并提出了误差校正指标。     

平板裂缝天线子阵形变后的方向图分析

子阵方向图对平板裂缝天线的工作性能有着重要的影响。本文给出了常用的子阵设计方法,并针对可能出现的形变,提出了从单元位移和幅相的变化来分析子阵形变后的方向图的方法,分析结果表明:位移主要对主瓣宽度的影响较大,而幅相的变化主要对副瓣的影响较大。文中讨论、分析了子阵在不同形变情况下的方向图主瓣宽度、副瓣电平等性能,并给出了相应的理论结果和仿真结果。     

一种新型陷波特性超宽带天线设计

为了满足现代通信的需求,设计了一种新型的超宽带平面天线,实现了良好的超宽频带阻抗匹配.该天线的辐射贴片与接地板结构相似,通过在辐射贴片上加载U型槽以及在馈线一侧加载新型陷波结构分别在中心频率3.5 GHz和5.5 GHz处产生陷波.天线实测与仿真结果基本相近,通带内辐射效果良好,且该天线对WIMAX及WLAN波段有很好的抑制功能,可用于超宽带系统.     

相位共轭天线阵研究

基于广义相位共轭条件,研究了相位共轭天线阵实现方向回溯功能的原理,详细分析了射频混频和中频混频两种实现方式的工作方式并讨论了各自的优缺点。理论推导了相位共轭天线阵的远场表达式,提出了射频泄漏系数的概念,仿真研究了射频泄漏系数对方向回溯场的影响,为方向回溯天线阵的进一步研究奠定了基础。