一种新型微带天线及其宽角扫描特性研究

该文主要描述了一种适合宽角扫描的相控阵天线单元设计思路,研究了其组阵实现宽角扫描的特性。为尽量减少大角度扫描过程中由于天线单元波束宽度有限带来的阵列增益下降,采用折叠地板的方式展宽天线单元半功率波束宽度;同时,为了降低互耦引起的天线单元方向图畸变,在宽波束设计基础上探索了降低天线互耦的方法,使得真实阵列方向图尽可能地满足方向图乘积定理,从而实现宽角、高增益扫描的目的。经一维线阵的仿真和测试,设计了一种能扫描到±70°且增益变化不大的宽角扫描阵列。设计的天线还能作为一种典型的天线单元,应用于5G等民用消费电子场景。     

一种超宽带穿墙雷达天线单元的设计

针对超宽带穿墙雷达的成像分辨率不高和探测运动目标等问题,设计一种大带宽、多极化的超宽带天线单元。该天线单元采用双线性极化微带贴片天线的形式,同轴线馈电,并在背面加装反射板,使天线向前半空间辐射。实际测试表明,天线单元的端口驻波比小于2的带宽为0.85~2.05 GHz,极化隔离度小于-30 d B,可在超宽带穿墙雷达上实现成像和探测运动目标。     

小规模天线阵列波束指向校准算法研究

基于有源方向图叠加原理和杂草入侵优化算法对小规模天线阵列的波束指向进行了校准。对于小规模阵列,由于天线单元之间的互耦导致阵中每个单元的方向图各不相同,如果使用阵因子理论对其配相,阵列无法扫描到期望的波束指向。为了考虑互耦的的影响,利用有源方向图叠加原理合成整个阵列的方向图;再将杂草入侵优化算法和有源方向图叠加原理进行结合对每个单元的馈电相位进行优化。基于该混合算法,对一个7元平面阵列进行了优化,优化后的相位分布可以使该阵列扫描到期望的波束指向,解决了小规模阵列的波束指向偏差问题。     

一种S频段卫星通信相控阵天线设计

为了解决目前卫星通信相控阵天线波束扫描角度范围较小、低仰角增益较低等问题,采用双层微带结构,加载圆形金属腔体,实现了更宽波束的S频段圆极化相控阵单元,来提高相控阵低仰角增益．然后,用24个单元按照水滴状形式排布组成相控阵阵列,以减小风阻．仿真结果表明,在收发频段内,相控阵单元的电压驻波比小于1.3,轴比小于3dB,单元在阵中的3dB波瓣宽度为120°左右; 天线阵列在扫描到仰角25°时,其增益相比天顶方向(仰角90°)下降了4dB左右．最后,加工好的天线阵列测试结果和仿真结果具有很好的一致性,波束扫描角度较宽,低仰角增益较大,满足设计要求．     

一种串联馈电式超宽带天线阵列研究

为了实现高效辐射性能，本文对一种串联馈电式超宽带天线阵列进行研究设计。该阵列天线以0.02 mm厚的柔性聚酰亚胺为衬底材料，由3个超宽带单元天线和1个金属反射板构成。天线单元含有缝隙结构，通过串联方式进行连接，并采用共面波导馈电获得超宽带特性，天线下方放置金属反射板，以获得定向辐射特性。同时，采用电磁仿真软件高频结构仿真器(high frequency structure simulator, HFSS)对所设计的天线阵列进行建模仿真和设计分析。仿真结果表明，天线阵列的仿真带宽为3.02～12.05 GHz,测试带宽为2.92～12.35 GHz,覆盖超宽带3.1～10.6 GHz频段。天线在工作频段内保持良好的方向性，在8.5 GHz时，获得最大测试增益为8.6 dB,仿真增益为10.8 dB,说明天线带宽与方向图增益等性能均与仿真结果相吻合。本文设计的天线面积为121 mm×55 mm,天线与放射板间距为23 mm,具有高增益、尺寸小、质量轻等性能，适用于小型超宽带终端设备。该研究为柔性超宽带频段的阵列设计提供了理论基础。     

宽角扫描相控阵天线测量方法

提出了一种基于坐标变换技术的宽角扫描相控阵天线测量的新方法,用于解决常规平面近场测量方法难以对宽角扫描相控阵天线进行精确测量的问题.在对用于宽角扫描相控阵天线测量的坐标变换技术进行理论分析的基础上,采用计算机模拟对该测试方法进行了数值仿真,制作天线实物进行了试验验证.数值仿真结果和试验结果均表明,该方法用于宽角扫描相控阵天线的测试具有较高的准确性.     

超介质串联馈电线性偶极子阵列

基于超介质的相位超前理论,设计了一种新型的串联线性偶极子阵列.该阵列利用负折射指数相移线代替传统一个导波波长(λg)的弯折线进行馈电.其中,NRI相移线采用CPS技术,并通过在主传输线上周期性地加载串联电容和并联电感来实现.研究结果表明:串联馈电线性偶极子天线具有带宽宽、体积小、波束倾斜小、制作简单、易于集成等优点.     

V形地平面反射结构新型印制偶极子天线

为了扩展天线的阻抗带宽和改善天线的方向性，提出一种采用了地平面反射结构的新型印制偶极子天线.分析微带巴伦和印制偶极子的工作原理，延伸并成形天线的地平面以得到反射结构.采用V形地平面反射天线向馈电结构的辐射，调整了天线的输入匹配状况和辐射方向图.使用专业射频（RF）和微波软件进行数值仿真，分析地平面延伸角度和延伸位置对天线输入反射损耗和辐射方向图的影响，得到优化的天线设计尺寸参数.结果表明，与没有地平面反射结构的天线相比，该印制偶极子天线增加了抗带宽，提高了前向辐射增益，抑制了后向辐射.     

一种超宽带数字移相器设计方法

基于矢量合成理论,采用混合微波集成电路技术,提出了一种超宽带数字移相器的设计方法．该方法通过调节两路正交信号的幅度合成得到第一象限内不同幅相的矢量,采用三级级联的结构实现对输入信号的360°移相．运用此方法设计制作了一款超高频、超宽带6位数字移相器．该移相器在相对带宽57％的工作频带内,相位均方根误差小于3.8°,幅度不平衡度小于3.0dB,当应用在宽工作带宽、窄瞬时信号带宽的相控阵天线时,通过划分频带分段修正使幅度不平衡度降低到2.5dB以下,同时减小相位均方根误差至3.0°以下,满足某型相控阵天线的需求．     

超宽带准八木天线阵列设计

准八木(Quasi-Yagi)天线是一种基于传统八木天线的宽带平面微带天线,具有良好的增益特性.为了实现超宽带系统的远距离通信,该天线在准八木天线基础上增加了引向器,从而在对天线剖面影响较小的前提下提高了天线单元的增益.利用宽带馈电网络组阵,使天线阵列具有良好的阻抗匹配性能,显著提高了天线的辐射效率.仿真和测试结果均表明:准八木天线有效地实现了超宽带、小型化、高增益,并且在水平方向上天线的能量辐射范围比较大,而在垂直方向上能量辐射相对集中,从而在远距离地面通信中有效增加了辐射能量的利用率,可以实现定向远距离地面宽带通信.     

有源阵列微系统工程应用与技术挑战（英文）

后摩尔时代,有源相控阵天线必然向有源阵列微系统发展。本文简述了有源阵列天线的特点和组成;围绕有源阵列微系统的高效率、低剖面和轻量化等特点,分析了在机载多功能雷达、航天雷达和通信系统等工程方面的应用前景和优势;针对集成电路后摩尔时代的特点,提出了有源阵列微系统多尺度、多信号和多物理场等耦合科学技术问题;分析讨论了天线阵列微系统所涉及的新型架构和算法、无源器件微型化、新型材料与工艺、超宽带技术、跨领域新技术应用等挑战,为有源阵列微系统深入研究奠定基础。     

基于最优宽带性能的相控阵设计研究

针对现阶段对具有宽带信号接收能力相控阵的需求,提出了一种最优宽带性能的阵列设计方法。首先总结出均匀型子阵系统子阵数与阵列宽带特性之间的规律,然后在充分考虑子阵数、延时器及移相器量化精度、旁瓣电平及主瓣偏移和工程实用性的条件下,对粒子群算法(particle swarm optimization, PSO)进行改进并将其应用于阵列不均匀划分的优化中,得到了一种最优宽带性能的子阵划分方式。仿真验证表明,与均匀划分阵列相比,相控阵采用优化后的子阵划分方式并结合子阵级实时延时器技术,可以有效提高阵列瞬时工作带宽。最后总结文章方法和均匀型子阵系统实现阵列宽带扫描方法的优缺点。     

宽波束相控阵天线单元分析

相控阵天线是一种运用宽角进行扫描的,天线单元的宽波束具有自身的特点,能够保证天线宽角扫描的准确性,本文通过分析E面和H面都具有宽波束特点的相控阵天线,在腔膜理论的支撑下,运用仿真软件对这种类型的天线进行模拟和分析,从而使天线的性能得到了完善和优化,然后对天线做了试验,试验可以表明此种天线具有宽波束的特点,能够在二维宽角扫描中使用.     

一种双圆极化宽带天线及其阵列应用

该文设计了一种双圆极化宽带天线单元,并在此基础上实现了小型阵列天线。单元天线为层叠型微带天线,其辐射贴片的四周寄生了环形金属带和金属柱以拓展波束宽度。另外,为了满足双圆极化要求和拓展天线带宽,天线采用电桥进行馈电。天线单元的10 dB阻抗带宽为26.9%(1.8～2.36 GHz),3 dB轴比带宽为19.3%(1.92～2.33 GHz),方向图半功率波束宽度大于110°。对非规则的五单元面阵进行了研究。测试结果表明,该天线阵的合成增益高于11.5 dBi,±55°扫描增益高于9 dBi,仿真和实验结果一致性较高,为宽带卫星通信的应用奠定了基础。     

一种电磁耦合馈电双极化毫米波微带天线设计

为拓展双极化毫米波天线的带宽,提出一种基于电磁耦合馈电的微带贴片实现方案.采用共面寄生贴片和空间平行寄生贴片将天线单元的阻抗带宽展宽,采用成对反相馈电技术设计2×2的子阵天线,在中心频点37.5 GHz,驻波2的标准下,天线阵列的相对带宽为6.13%,隔离度30 d B,交叉极化达到-23.6 d B,增益为11.5 d Bi.提出的双极化微带天线,具有频带宽、端口隔离度大、交叉极化低、增益高的特点,天线性能符合毫米波双极化天线的一般工程要求.     

智能天线阵列单元阵中方向图畸变分析

主要研究了智能天线系统前端接收天线阵列中的耦合问题．针对圆形阵列中单元问相互耦合作用引起单元水平面方向图的畸变这一问题，分析了未激励单元的互耦、以及这些单元端接电缆的加载作用对激励单元阵中方向图的影响．依据多端口理论，把所研究的结构等效为多端口网络，提出使用迭代方法求解未激励端口的匹配阻抗．并由结构对称性，提出使未激励端口加载阻抗与激励端口输入阻抗相等，以减小考察单元阵中方向图畸变，降低单元水平方向图不圆度，以满足智能天线系统要求．     

一种双模宽波束平面天线及其相控阵应用

该文提出了一种双模宽波束平面天线单元,并基于此单元实现了具有大角度扫描特性的相控阵天线。该天线由两个平行的磁偶极子和一个电偶极子组成,其中磁偶极子是三边短路的微带贴片,电偶极子是带有扇形加载的金属条带。通过使用两个磁偶极子,工作带宽得到了有效拓展。天线10 dB阻抗带宽的测量值为5.3%（5.55~5.85 GHz）,工作频带内E面的半功率波束宽度大于140°。对单元间距为0.23λ₀（λ₀为在自由空间中心频率对应的波长）的8单元线阵的扫描特性进行了研究。测试结果表明,该天线阵的主波束可以在增益3 dB波动范围内从-60°扫描到+60°,同时扫描的3 dB波束覆盖范围可以从-76°到+78°。天线及其阵列的仿真和实验结果符合得较好。     

具有电倾角的双频双向印刷阵列天线

给出了由双面印刷偶极子组成的双频双向阵列天线设计,通过合理设计阵列馈电结构,实现了具有电倾角波束的天线,而不需使用复杂的移相器,极大地降低了天线的复杂度和成本;采用V形偶极子代替传统单元增加水平面波束宽度,并用微带结构的多工器将两个频段的阵列连接起来以实现双频特性,克服了一般双向天线仅为单频工作且不易实现电倾角的缺点．设计了具有20°电倾角的4单元和6单元双频天线阵列,分别工作在2．4GHz和5．8GHz频段．实验测试结果表明：天线在2．4GHz频段VSWR〈1．5的带宽有15％,增益为6．6dBi：而在5．8GHz频段VSWR〈1．5的带宽有6％,增益为8．0dBi．所设计的天线具有小型化、低成本、双频、多用途集成天线的优点．     

基于顺序旋转馈电的Ka波段圆极化天线阵设计

针对航空航天、雷达和通信系统对定向性平面圆极化天线阵的需求，本文研究并实现了Ka波段宽带圆极化16单元微带天线阵。该天线阵以角截断微带贴片作为基本谐振单元，采用顺序旋转馈电技术构造成4元阵列，并再次对4元阵应用顺序旋转馈电技术，得到16元天线阵列以获得高增益。通过计算电磁学仿真软件对天线性能进行了分析，并使用Rogers 5880制作了天线实物，仿真和测量结果符合得很好。研究结果表明，在29.08～31.22 GHz频段内，天线阵的反射系数小于-10 dB，轴比小于3 dB，相对带宽超过13.8%，验证了通过顺序旋转技术，可以有效地实现高增益平面圆极化天线阵。     

重叠子阵固态相控阵天线性能分析

固态相控阵天线采用重叠子阵技术容易得到很低的副瓣，并可减少数字波束形成系统的通道数。这样，天线的性能就很优越。用多波束馈源并用空间馈电的固态相控阵天线的阵面上很容易形成重叠子阵。本文对这种天线的特点进行了介绍，并对它的辐射特性进行了详细的理论分析，推导出有用的设计公式。