宽带圆极化整流天线的研究与设计

针对空间微弱射频能量收集,提出了一种宽带圆极化整流天线,其主要由射频能量接收天线和多频整流电路构成.为了获得宽频带特性,接收天线的辐射贴片采用对数周期交叉偶极子.同时,两对交叉偶极子均由环形的90°相位延迟线连接,且相互正交,从而实现天线的圆极化特性.多频整流电路由两个单阶电压倍压整流电路并联而成,为了提高整流电路的性能和效率,引入了具有两个枝节的新型阻抗匹配电路.仿真结果表明:接收天线的阻抗带宽和3 dB轴比带宽分别为1 100 MHz和350 MHz;多频整流电路的功率灵敏度达到-35 dBm,最大RF-DC整体转换效率可达76.5%.在辐射强度为6.02 μT,负载电阻为700 Ω时,测得整流天线负载端的输出电压约为139 mV,因此该整流天线适用于低功率射频能量收集应用.     

一种应用于2.45GHz的微带整流天线设计

为实现对低功耗负载的微波供电,设计了应用于2.45 GHz的微带整流天线。在接收天线设计中,引入了光子晶体(PBG)结构,提高了接收天线的增益和方向性;在低通滤波器部分引入了缺陷地式(DGS)结构,以相对简单的结构实现了2.8 GHz低通滤波器特性;最后通过ADS软件设计得出了用于微带传输线与整流二极管间的匹配电路。将接收天线、低通滤波器和整流电路三部分微带电路进行整合,完成整流天线的设计。通过实验测试,该整流天线的增益为4.29 dBi,最高整流效率为63%。通过引入光子晶体结构和缺陷地式结构,在保证整流天线增益和整流效率的基础上,有效地减小了天线的尺寸,简化了设计方法。     

具有谐波抑制功能的低输入功率整流天线设计

本研究设计了一种具有谐波抑制功能的低输入功率倍压整流天线。该整流天线分为谐波抑制天线和倍压整流电路两个部分。文章详细的分析了整流电路的设计原理,主要设计指标的实现方法。谐波抑制天线用IE3D进行了电磁仿真,观察了S参数、增益的仿真结果。仿真结果表明,该整流天线可以工作在2.45GHz频段,并且可以在低输入功率的条件下进行工作。     

新型CPS型低通滤波器在整流天线中的应用

提出了一种新型共面带状线(CPS)低通滤波器,并将其用于圆极化整流天线中。该滤波器实现了小插损、宽阻带。通过宽带巴伦转换,实验测得衰减大于15dB的阻带带宽达到10.3GHz,5.8GHz处插入损耗为1.62dB,在11.6GHz和17.4GHz处插入损耗分别为30.3dB和26.3dB,与仿真结果吻合较好,有效地抑制了二次和三次谐波。将该低通滤波器应用于圆极化整流天线中,测得高达72.3%的RF-DC(Radio Frequency-Direct Current)转换效率,该整流天线可作为无线输能系统的接收部件。     

一种工作于0.5~2GHz的小型化Vivaldi天线

设计了一种用于浅层冰盖探测的小型化宽带Vivaldi天线,该天线使用微带转槽线的巴伦馈电,可工作于500MHz～2GHz的带宽之内.天线采用共面结构,能够有效降低交叉极化电平.为提高天线的增益并避免低频端方向图端射方向出现凹陷,使用了较厚的介质基片,并增加了天线的长度,但天线的尺寸仍只有345mm×263.7mm,仿真得到的天线增益在全频带内大于2.8dBi.测量得到的阻抗带宽(驻波比≤2)达到1.94GHz,与仿真结果较为吻合.测试得到的E面和H面归一化方向图在大于800MHz的频带内与仿真结果一致性较好.     

一种对拓式超宽带高增益Vivaldi天线设计

文中设计了一款结构新颖的对拓式超宽带高增益的Vivaldi天线。该天线在基板两侧引入平衡辐射臂并用通孔将它们联结起来,使天线增加了低频带宽、降低了交叉极化、减小了尺寸;在不影响带宽的前提下,通过在天线首部和尾部分别添加介质引向器和反射地板,使天线的增益得到了提高。天线测试结果表明该天线的带宽在2 GHz～20 GHz内反射系数均低于-10 dB,且天线增益最高为12.8 dBi,同时在带宽范围内,保持了良好的方向图对称性和低交叉极化水平。     

一种工作于1.6 GHz ~20 GHz 的高增益对跖Vivaldi 天线

设计了一款工作于1.6 GHz ~20 GHz 的高增益对跖Vivaldi 天线,该天线在常规对跖Vivaldi 天线的左右两端加载半椭圆贴片结构,改善低频驻波比特性,进而提高了天线的阻抗带宽;在天线主轴方向加载梯形基板,将天线表面电场约束在天线的主轴方向上,不但消除了天线增益峰值的偏移问题,而且提高了天线的增益值。实测结果表明:该天线在1. 6 GHz ~20 GHz 频段内电压驻波比小于2,增益为1. 5 dB ~11. 1 dB。此外,该天线增益峰值偏移现象得到明显抑制,具有辐射方向性好、增益高、交叉极化比小的优点。     

加载对拓结构介质的高增益Vivaldi天线

Vivaldi天线属于渐变缝隙天线的一种, 被广泛应用于平面超宽带天线设计中.Vivaldi天线在理论上可以展宽带宽到无限大, 但受限于加工工艺和尺寸, 其增益提高效果并不明显.文中立足于经典Vivaldi天线, 在天线辐射前端加载对拓结构的介质, 仿真结果表明相对带宽扩展了79.1%, 在5.5 GHz与12 GHz处提高增益达3 dBi.过孔矫正技术可以使天线辐射的相位分布更加均匀, 提高幅度分布的口径效率.在对拓结构基础上, 天线辐射端加载相位矫正的过孔阵列结构, 仿真结果表明加载该技术后, 天线提高增益2 dBi以上.包含以上两种技术的天线结构具有高增益、便于设计、小型化的特点, 这为端射天线提高增益和增强定向性提供了新的思路.     

一种新型双频全向基片集成波导螺旋缝隙天线

将基片集成波导技术和平面螺旋天线技术结合,提出了一种新型双频全向基片集成波导螺旋缝隙天线。在其它条件一样前提下,采用基片集成波导结构的天线和没采用该SIW结构时相比,天线增益在低频段1.7～1.87GHz增益基本一样,在高频段2.4～2.9GHz有SIW结构的增益提高了1.1～3.5dB。仿真和测试结果表明,经优化设计后的天线在S11小于-10dB时的工作频带为1.705～1.865GHz和2.321～2.646GHz。该天线在垂直于天线基板的平面内具有全向特性,具有重量轻、低剖面、高增益、易于和平面电路集成等优点,可以用于同时接收移动通信信号和无线局域网信号。     

探地雷达: 浅表地球物理科学技术中的重要工具

探地雷达在地质勘探、军事、考古及建筑工程等领域有着非常重要的作用. 为提高地下目标探测的准确性与成像分辨率,增强对地下线型目标的探测能力,提出了一种用于中浅层地下目标探测的高增益圆极化双槽Vivaldi天线. 该Vivaldi天线的开槽部分由不同的指数线构成,使得槽的开口方向有一定的内倾,可以有效提高天线的增益;将两个双槽Vivaldi天线以正交的形式组合,并对天线两端口进行等幅、90°相位差的馈电,实现天线的圆极化辐射. 仿真与实测结果表明,所设计的高增益双槽Vivaldi天线在0.5~3 GHz内驻波比小于2,绝对带宽为2.5 GHz;带内增益均大于3.5 dBi,最大增益可达12.5 dBi;工作频带内轴比均小于3 dB且具有较好的时域特性. 所提出的天线具有超宽带、高增益、圆极化等特点,在地下目标探测中具有广阔的应用前景.