使用非均匀特异媒质覆层的高增益谐振腔天线

采用非均匀特异媒质覆层,设计了一种具有高增益特性的新型谐振腔天线。该谐振腔天线采用矩形微带贴片天线作为辐射单元,安装在金属谐振腔内,其谐振频率为10 GHz。为提高天线增益,将腔表面安装蚀刻在微带基板上,由周期性单元组成特异媒质覆层。迥异于常规的单元尺寸均匀一致特异媒质覆层,本文研制的非均匀特异媒质覆层包含9×9个矩形单元,单元大小渐变。仿真表明,与常规均匀特异媒质覆层相比,该新颖的非均匀特异媒质覆层相当大程度提升了天线定向辐射性能：天线增益提高1.2 dB(从20.3 dBi增加到21.5 dBi),天线的旁瓣得到了抑制,主旁瓣比下降5 dB;同时,天线谐振频率和阻抗带宽等其他性能基本保持不变。     

基于非均匀设计的高口径效率Fabry-Perot谐振腔天线

Fabry-Perot(F-P)谐振腔天线通常易实现高增益,但由于口径场非均匀的电磁场分布,使得其在大口径尺寸下的口径效率较低。本文设计了一种新型的F-P谐振腔天线,该天线采用非均匀特异媒质覆盖层实现口径场等幅分布,并通过非均匀特异媒质反射地实现口径场同相分布,从而提升F-P谐振腔天线在大口径尺寸下的口径效率。基于射线追踪法,推导了非均匀覆盖层和非均匀反射地的设计公式。本文设计、加工并测试了一款口径尺寸为5.18 λ(λ为自由空间波长)的圆形F-P谐振腔天线。仿真和测试结果吻合良好,|S11|<-10 dB的阻抗带宽为4.14%(5.740~5.980 GHz);在工作频点5.8 GHz处,该新型F-P谐振腔天线的增益为23.8 dBi,与传统F-P谐振腔天线相比,其口径效率从78.9%提高到90.5%。     

均匀照射赋形反射面天线设计

为提高反射面天线的照射均匀性，利用波束赋形技术设计一款工作在15 GHz的高性能偏置反射面天线.该天线由一个非均匀有理B样条（non-uniform rational B-splines，NURBS）反射面和一个介质棒馈源组成，NURBS反射面通过物理光学法结合Nelder-Mead优化算法来赋形，从而获得理想的天线辐射场.仿真结果表明，赋形后的反射面天线相对旁瓣电平低于-20 dB，增益在-2.7°~2.7°的波束范围内超过20 dBi，且浮动不超过1 dB.该天线具有结构简单、旁瓣低、增益均匀的特点，在卫星通信等领域具有重要作用.     

宽角扫描偏置单反射面天线的面赋形设计

为实现宽角扫描,对偏置单反射面天线进行了面赋形设计,减少了天线在扫描过程中所需馈源阵单元的数目,或者说在馈源阵单元数目给定的情况下,赋形工作降低了波束扫描给天线带来的增益损失.赋形工作中,首先根据反射面的初始数据,以双三次B样条函数逼近其初始形状,然后从各预定的馈源位置向反射面发出若干条射线,并采用几何光学(GO)求得这些射线经反射面反射后的方向,最后以这些反射线的方向与各对应扫描方向之间的偏差最小为优化目标,通过Poweu方法对样条函数的插值数据点进行调节,最终确定了赋形反射面的形状.模拟结果表明了文中所述方法的可行性和有效性.     

基于分形的特异媒质层设计及应用于提高天线增益

根据分形原理,设计了一种新颖的分形图案。通过在印刷板(PCB)上周期性地蚀刻该分形图案制作了一种微带结构的特异媒质层。仿真计算表明,随着一些分形结构参数变化,该特异媒质层对电磁波具有连续变化的反射系数幅度和相位。依据部分反射层理论,将该特异媒质层加载在矩形贴片天线前方,在天线的工作频点、带宽和定向辐射特性基本保持不变条件下,矩形贴片增益得到不同程度提高。加工制作了特异媒质层和矩形贴片天线,测试结果验证了设计和仿真计算的正确性。     

基于遗传算法的基站天线波束赋形设计

天线阵列俯仰面方向图的赋形设计在整个基站天线设计过程中是一项关键的技术。考虑互耦以及反射板影响的实际天线阵列,选择阵列中每个天线单元的馈电幅度和相位作为优化变量,采用遗传优化算法对天线阵列垂直面方向图的下半空间零陷填充和上半空间副瓣抑制等指标进行优化,结果满足要求,具有较强的实用性。     

一种赋形宽波束天线的设计方法

给出了一种赋形宽波束天线的设计方法。这种天线以对称振子天线为基础,利用具有大反射面的安装位置以及特殊的调整单元,使得天线的方向图在方位面150°的范围内达到较高的增益,可以满足某些特殊的使用场合。     

基于实数编码遗传算法的赋形反射面天线设计

为了使星载天线的远场方向图与服务区的形状相匹配,并在服务区内获得高的增益和好的交叉极化隔离度,采用改进的实数编码遗传算法对其进行了优化设计。在优化过程中,以主极化增益和交叉极化隔离度作为优化目标,参考目标规划法来构造适应度函数;在群体选择的基础上采用差分进化方式、内插/外推和基因交换3种方法相结合来产生新个体,并采用自适应变异概率,来保证新一代染色体模式的多样性。最后以一个工作在Ku频段的赋形反射面天线为例,对其形状进行了优化设计。数值仿真结果表明,不仅天线的方向图与服务区形状匹配度很高,而且主极化增益和交叉极化隔离度都满足特定的设计要求,充分验证了所提算法的可行性和有效性。     

基于Zernike多项式的单偏置反射面天线赋形设计

研究了一种用Zernike多项式表示反射面,通过目标函数优化天线指标的反射面天线赋形方法。通过加入第一零深到目标函数中改进原目标函数,消除方向图变异。分析了Zernike阶数n=4时Zernike曲面与单偏置抛物面之间的误差。运用此方法设计了一款反射面天线:频率为9.5GHz-10.5GHz,增益≥41dB,水平波束副瓣电平≤-30dB(±10°内),≤-35dB(±10°外),俯仰波束在-35°到+30°范围内,相对增益小于目标包络线。     

基于遗传算法的阵列天线赋形波束综合

提出了一种改进的适应度函数确定方法,算法采用易操作的二进制编码。通过改变适应度函数中的待定参数,有效提高了搜索效率。采用遗传算法对基站天线的方向图赋形,其结果优于同种条件下用Woodward法得到的结果。结合工程实践,考察了本文遗传算法的解的稳定性。     

基于人工电磁材料的微带贴片天线频带展宽

提出一种以人工电磁材料作为介质基板的矩形微带贴片天线。通过改变人工电磁材料各单元的几何尺寸来控制介质基板的参数变化,以构成非均匀介质基板,使得贴片辐射边的辐射性能提高,从而有效提高了带宽。对设计的非均匀介质微带天线使用HFSS软件仿真。结果表明,普通均匀介质微带天线电压驻波比VSWR≤2时带宽只有0.5GHz,相对带宽为6.7%,而以人工电磁材料为非均匀介质基板的微带天线VSWR≤2时带宽达到1.6GHz,相对带宽达到20.0%。     

多孔毁伤时赋形反射面天线辐射特性的研究

利用基于表面电流积分的物理光学法对赋形反射面天线的远场辐射特性进行了建模和分析，比较了反射面完好时的计算结果与测试值，取得了良好的一致。着重研究了天线反射面多孔毁伤后辐射方向图特性受毁伤孔数、孔径及其位置的影响。分析发现，只有当孔径大于一定的尺寸(约0．20个波长)时，天线增益和副瓣电平才会发生明显变化。同时，毁伤孔径越大、越靠近反射面中心则天线增益的下降及副瓣电平的提高越显著。     

A novel design of circularly polarised antenna based on metamaterial

This article presents a novel design of circularly polarised microstrip antenna based on a metamaterial reflection plane and a half-wave antenna. The metamaterial is composed of two pieces of substrates coated on one side with split ring resonators. Both the experimental and simulated results show that good circularly polarised radiation performances are obtained. The 10?dB return-loss impedance bandwidth and 3?dB axial ratio bandwidth of proposed antenna are 12% and 7%, respectively, and the gain of proposed antenna compared with the half-wave antenna is improved from 6?dB to 9?dB in the design frequency range.     

基于复合超介质基板的微带天线设计与分析

利用方形开口谐振环、微带线和缺陷地结构建构了一种结构较为简单、便于调节的腔体型结构超介质.仿真结果表明,设计的超介质在1.0～3.6GHz、3.8～7.1GHz和7.2～8.0GHz三个频段内均具有等效介电常数和等效磁导率小于零的左手材料特性.将超介质单元周期性地镶嵌在一种普通多频微带天线的介质基板内,实现了基于复合超介质基板天线.测试结果表明,在工作频率为1.61,3.44和3.9GHz的微带天线中加载这种超介质结构覆层后,其谐振频率分别降低了60,70和40MHz,同时将4.53～4.80GHz和4.97～6.00GHz两个工作频段扩展为4.6～6.0GHz的超宽带.所设计的天线整体性能良好,且满足了WLAN在5GHz通信频段的要求.     

基于平面微带结构超介质天线设计与分析

利用开槽曲流技术构建了一种工作频段位于S、C波段内的多频微带贴片天线,根据传统立体左手材料的变型结构设计了一种新型平面微带结构的超介质。在微带贴片天线的介质基板内加载超介质覆层后,天线工作频率降低,频带展宽以及辐射性能得到改善。HFSS和Matlab仿真实验结果表明,新型平面微带结构的超介质在2.7~4.9GHz和5.0~5.5 GHz两个频段内具有等效介电常数和等效磁导率均小于0的左手特性,工作频率在2.66,3.67,4.66和5.49 GHz的微带贴片天线加载超介质覆层后,其谐振频率分别降低了140,140,210和270 MHz,同时4.60~4.78GHz的工作频带展宽了160 MHz。该超介质微带天线可以运用于实际的WLAN或WIMAX通信中。     

赋形反射面多波束天线优化设计与分析

为了以较低的技术难度实现多个点波束对服务区的高增益、低旁瓣覆盖,提出了一种新型的赋形单口径多波束天线设计方法,通过对反射面赋形来解决传统单口径多波束天线旁瓣电平与波束宽度之间的矛盾.在对反射面优化过程中,将天线口径投影面内的相位分布作为优化变量,利用基于实数编码的遗传算法对其进行调整来获得满足要求的多波束覆盖.数值仿真结果表明:在保证增益大于40 dBi、旁瓣电平低于20 dBi的前提下,该设计能够将波束宽度拓宽为1°,可有效地提高了波束交叠增益,降低了旁瓣电平.     

基于超材料结构实现5.8GHz RFID天线小型化设计

设计出一款可应用于RFID（Radio Frequency Identification）系统的5.8GHz传统矩形微带天线,天线辐射贴片尺寸为15.74mm×11.12mm,天线的回波损耗（S11）的实测结果为-23.276dB。此后,在矩形微带天线基础上进行设计改进,通过分别蚀刻15个超材料结构I型谐振环和6个超材料结构开口谐振环(Split Resonant Ring, SRR),构造出两款新型小型化天线。与传统矩形天线相比,在保持方向性、最大增益等参数性能基本不变的条件下,基于超材料结构的天线辐射贴片尺寸分别为12.44mm×9.12mm 和11.74mm×9.1mm,相比传统矩形天线分别缩小了35.2%和41.82%,辐射贴片小型化效果明显,其回波损耗实测结果分别为-21.83dB 和-15.40dB。     

兼容4G/WiFi/WiMAX的新型宽带人工电磁媒质天线设计

设计了一款新颖的基于互补开口谐振环结构和条形缝隙的贴片天线。通过在金属贴片上蚀刻圆环形互补开口谐振环结构,并且在金属接地板上蚀刻条形缝隙完成天线的人工电磁媒质结构设计,它们和介质板共同作用将天线工作频段明显扩宽到1.7~2.98 GHz和3.99~5.34 GHz。该天线仅使用单层双面覆铜板即可完成加工,具有结构简单的特点。同时,天线的电尺寸仅有0.408λ0×0.408λ0×0.0086λ0(在天线最低工作频率1.7 GHz处),且最大增益为6.04 dBi;可以同时兼容中国的第四代(4G)移动通信的所有频段(1.88~2.66 GHz)、WiFi频段(2.4~2.484 GHz)和微波存取全球互通(WiMAX)频段(2.5~2.69 GHz)。